基于單片機(jī)的溫度采集報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

1、學(xué)習(xí)中心： 遼寧省奧鵬學(xué)習(xí)中心 層 次： 專科起點(diǎn)本科 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng) 年 級(jí)： 2011年秋季 學(xué) 號(hào)： 111130409977 學(xué) 生： 趙常勝 指導(dǎo)教師： 宋占魁 基于單片機(jī)的溫度采集報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的溫度采集報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)我國(guó)溫度采集發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)溫度采集發(fā)展現(xiàn)狀從采集的準(zhǔn)確性上看，溫度在化工、冶金、紡織、石油、機(jī)械制造、糧食儲(chǔ)存、制藥、煙草等重要領(lǐng)域?qū)囟扔泻芨叩囊?。從整體操作性上看，采集者是否能夠很容易對(duì)對(duì)應(yīng)的溫度采集點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，是否能夠方便地對(duì)不同點(diǎn)的溫度進(jìn)行不同警報(bào)設(shè)定等，都是一個(gè)系統(tǒng)是否智能的一個(gè)重要的體現(xiàn)。從線路簡(jiǎn)潔性上看，隨著社會(huì)進(jìn)步，采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)越

2、來(lái)越多，采集點(diǎn)的增多會(huì)帶來(lái)大量的數(shù)據(jù)電纜，這不僅帶來(lái)布線的復(fù)雜和工作量增大，而且存在斷線和短路等隱患，成本高，易老化，并且給系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)增大了難度。隨著科技的不斷發(fā)展，智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì): (l)提高測(cè)溫精度和分辨力; (2)增加測(cè)試功能。本設(shè)計(jì)采用了無(wú)線多點(diǎn)智能的檢測(cè)方本設(shè)計(jì)采用了無(wú)線多點(diǎn)智能的檢測(cè)方法法的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì) (l)系統(tǒng)采用智能溫度傳感器DS18B20，儀器可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，安置靈活，支持現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(單總線技術(shù))，信號(hào)易于處理和傳送，降低系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。(2)系統(tǒng)采用無(wú)線的數(shù)據(jù)采集和處理，并且采用電池供電，減少電源線路的布置，消除了電信號(hào)的干擾，而跳頻技術(shù)的加入又有

3、效避免了同頻段無(wú)線信號(hào)的干擾，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，提高了系統(tǒng)的靈活性和效率。(3)由于采集端節(jié)點(diǎn)采用的是電池供電，為了滿足系統(tǒng)長(zhǎng)期安全服役的需要，功率控制尤為重要。為此，本系統(tǒng)利用休眠機(jī)制來(lái)降低采集節(jié)點(diǎn)的功耗，大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)工作壽命。(4)在上位機(jī)程序上，用Vsiual Basic設(shè)計(jì)的接收界面，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線模塊傳至PC機(jī)，用戶界面顯示更友好，操作更簡(jiǎn)潔。系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1 所示，它由四部分組成:控制部分主芯片采用單片機(jī)AT89S51；顯示部分采用LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫

4、度顯示；溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器；報(bào)警部分采用語(yǔ)音模塊ISD1420原件。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片介紹系統(tǒng)芯片介紹ATS8951單片機(jī)單片機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)如圖所示為溫度采集報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。該設(shè)計(jì)將以單片機(jī)控制的溫度采集系統(tǒng)為主，利用單片機(jī)完成對(duì)溫度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)安全溫度內(nèi)正常顯示溫度值，超出設(shè)定的溫度上限則進(jìn)行聲光報(bào)警。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)電路設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)控制流程圖通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開(kāi)存放在不同的整數(shù)部分與小

5、數(shù)部分分開(kāi)存放在不同的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)。每序顯示出來(lái)。每1s進(jìn)行一次溫度測(cè)量，進(jìn)行一次溫度測(cè)量，溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值是主程的測(cè)量的當(dāng)前溫度值是主程序的主要功能。主程序流程見(jiàn)圖所示。序的主要功能。主程序流程見(jiàn)圖所示。 包括調(diào)用讀溫度子程序，數(shù)字變換程序包括調(diào)用讀溫度子程序，數(shù)字變換程序以及顯示程序以及顯示程序軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)控制流程圖NYN211S開(kāi)始上下限初始化啟動(dòng)定時(shí)器讀取當(dāng)前溫度顯示溫度定時(shí)中斷溫度上限+/-溫度下限+/-過(guò)限報(bào)警啟動(dòng)系統(tǒng)總流

6、程圖如下圖系統(tǒng)總流程圖如下圖4.2所示。所示。DS18B20復(fù)位程序：每次重新從復(fù)位程序：每次重新從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)需要系統(tǒng)復(fù)位讀數(shù)據(jù)時(shí)需要系統(tǒng)復(fù)位DS18B20寫命令程序：寫命令程序：DS18B20有六條有六條控制命令，通過(guò)此程序來(lái)進(jìn)行控制控制命令，通過(guò)此程序來(lái)進(jìn)行控制DS18B20DS18B20讀讀1字節(jié)程序：從引腳接收數(shù)據(jù)字節(jié)程序：從引腳接收數(shù)據(jù)并保存數(shù)據(jù)并保存數(shù)據(jù)讀出溫度程序讀出溫度程序:對(duì)對(duì)DS18B20進(jìn)行讀數(shù)據(jù)，進(jìn)行讀數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理并進(jìn)行處理溫度數(shù)據(jù)處理程序溫度數(shù)據(jù)處理程序:向向5個(gè)個(gè)LED送數(shù)，控制送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分系統(tǒng)的顯示部分軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)控制程序的

7、設(shè)計(jì)控制程序的設(shè)計(jì)1）讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。讀出溫度的子程序如圖4.3所示。讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。把讀到的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)化成整數(shù)部分和小數(shù)部分。當(dāng)符號(hào)位為1，即溫度為零下時(shí)，進(jìn)行報(bào)警程序。為保證數(shù)據(jù)可靠傳送，任一時(shí)刻單總線上只能有一個(gè)控制信號(hào)

8、或數(shù)據(jù)，因此進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信時(shí)，要符合總線協(xié)議。一般有以下四個(gè)過(guò)程：初始化信號(hào)，傳送ROM信號(hào)，傳送RAM信號(hào)和數(shù)據(jù)交換。軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)控制程序的設(shè)計(jì)控制程序的設(shè)計(jì)(1) 溫漂值的測(cè)定 在實(shí)驗(yàn)室里，將傳感器貼在不受任何載荷模擬現(xiàn)場(chǎng)的試件上，然后人為地使溫度升高（或降低），例如：將應(yīng)變片及其附屬設(shè)備放在冰箱或冰柜里。利用溫度傳感器DS18B20測(cè)出其溫度,再利用單片機(jī)讀出相應(yīng)的應(yīng)變值。將與溫度相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值存入片外RAM中，并建立一個(gè)溫度和溫漂值相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。在現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)軟硬件測(cè)得環(huán)境溫度后，接著要對(duì)一定環(huán)境溫度應(yīng)變值進(jìn)行修正，其流程圖如圖4.3所示。首先，在現(xiàn)場(chǎng)將電阻應(yīng)變片貼在試件

9、上，測(cè)出其應(yīng)變值，然后將其結(jié)果輸入CPU中，用CPU記錄此結(jié)果，再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中讀出與溫度相應(yīng)的溫漂值，并對(duì)該溫度下測(cè)得低應(yīng)變值進(jìn)行修正，最后輸出經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償真實(shí)的應(yīng)變值，并存入片外RAM中。 軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)控制程序的設(shè)計(jì)控制程序的設(shè)計(jì)2）應(yīng)答子程序、復(fù)位程序 應(yīng)答子程序、復(fù)位子程序如圖4.4所示。復(fù)位時(shí)序：復(fù)位要求主CPU數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放。DS18B20收到信號(hào)后等待1660us左右，后發(fā)出60240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)控制程序的設(shè)計(jì)控制程序的設(shè)計(jì)4）寫入子程序流程圖寫入子程序流程圖如圖4.5所示。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從邏輯高

10、電平拉到邏輯低電平的時(shí)候，寫時(shí)間隙開(kāi)始，有兩種寫時(shí)間隙，寫1時(shí)間隙和寫0時(shí)間隙。所有寫時(shí)間隙必須最少持續(xù)60us，包括兩個(gè)寫周期至少1us的恢復(fù)時(shí)間。I/O線電平變低后，DS18B20在一個(gè)15us到60us的窗口內(nèi)對(duì)I/O線采樣。如果線上是高電平，就寫1.如果是低電平，就寫0.主機(jī)要生成一個(gè)寫0時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)緩拉到低電平然后釋放，在寫時(shí)間隙開(kāi)始后的15us內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機(jī)要生成一個(gè)寫0時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存60us。結(jié)結(jié) 論論本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。DS18B20芯片在溫控方面具有廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)中的智能溫度控制器是該

11、溫度傳感器芯片的是一個(gè)實(shí)例應(yīng)用，在今后的工作中還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。例如可以在用戶實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控方面做些探究，以單片機(jī)控制通信模塊，將測(cè)得的溫度以信號(hào)消息的方式發(fā)送給用戶。除此之外，還能在建筑、倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，像溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障，甚至系統(tǒng)的崩潰等影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素絕大多數(shù)是有系統(tǒng)的未知干擾造成。所以，優(yōu)化系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題是系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的重要保障。通常的抗干擾措施都是從以下2個(gè)方面著手解決實(shí)施。 (l)對(duì)于芯片的選擇要以集成度高、體積小、可靠性強(qiáng)的集成芯片為原則。XL02-232AP1模塊信號(hào)的收發(fā)過(guò)程都是在一個(gè)封裝的芯片