基于單片機的溫檢測課程設計

1、摘要在現(xiàn)代的工業(yè)生產和人們的日常生活中，溫度，壓力，物位，流量都是很重要的影響因素，而對溫度的檢測及對其的控制的精確高低在很大程度上影響了產品的穩(wěn)定性和人們的生活。在流量，壓力，等物理量的測量中，溫度也是一個十分重要的影響量。因此，實現(xiàn)準確的溫度測量，具有十分重要的意義。我采用了由DALLAS公司生產的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它具有獨特的單線總線接口方式，本論文詳細的介紹了單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測溫原理，內部結構，特性，以及在溫度測量中的硬件設計，簡單的涉及了軟件設計。其中硬件電路主要包括主控制器，測溫電路顯示電路和報警電路等，系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度

2、轉換命令子程序，計算溫度子程序和顯示數(shù)據子程序等。該溫度計具有接口簡單，精度高，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定可靠等特點。關鍵詞：溫度傳感器 DS18B20 AT89C52 動態(tài)掃描 過限報警目錄引言1一系統(tǒng)原理及原理圖11. 系統(tǒng)原理1（1） 溫度檢測1（2） 顯示控制1（3） 溫度顯示22. 系統(tǒng)原理圖2二溫度傳感器設計21.DS18B20簡介22.DS18B20內部結構33.DS18B20溫度傳感器的存儲器44.DS18B20工作時序5三控制系統(tǒng)61.單片機實現(xiàn)控制功能62.單片機AT89S52電路圖6四顯示及聲光報警電路7 1.顯示7 2.聲光報警7五系統(tǒng)總電路圖8六總結9體會10參考文獻11

3、引言為了讓我們更加深刻的了解并掌握老師課堂上所講述的知識，提高動手動腦的能力，拓展視野，進行了本次熱工儀表課程設計。我們所選的課題是溫度檢測，溫度是一種基本的環(huán)境參數(shù)，人們的生活，生產與環(huán)境的溫度息息相關。在工業(yè)生產過程中需要實時測量溫度，在農業(yè)生產中也離不開的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置也有重要意義。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，模擬集成溫度傳感器，智能集成溫度傳感。目前，國際上新型溫度傳感器正式從模擬式轉向數(shù)字式，從集成化向智能化，網絡化的方向飛速發(fā)展。本論文將介紹智能集成溫度傳感DS18B20的結構特征及控制方法，以及與單片

4、機相結合的完整的溫度檢測控制系統(tǒng)。一 系統(tǒng)原理及原理圖1系統(tǒng)原理該數(shù)字溫度檢測系統(tǒng)有三部分組成：溫度檢測，顯示控制，溫度顯示。（1）溫度檢測該模塊由DS18B20負責對測試點的溫度進行測量，單片機89C52對DS18B20進行控制。由于DS18B20只有一根數(shù)據線，所以系統(tǒng)中的數(shù)據交換，控制都由這根線完成，只需將DS18B20掛接到單片機的一個數(shù)據接口就可以直接使用。（2）顯示控制由于DS18B20是通過單總線方式與單片機進行通訊的，所以對程序編寫的要求比較高。主要的程序流程是這樣的：首先由單片機發(fā)出對DS18B20進行初始化的信號，在DS18B20初始化成功后，發(fā)送指令CC跳過讀序列號的操作

5、，接著發(fā)送指令44啟動溫度轉換，此時在對DS18B20進行初始化，在發(fā)送指令CC跳過讀序列號操作，最后發(fā)送指令BE讀暫存存儲器。至此完成一個周期，當前溫度值所對應的二進制編碼已經被保存在DS18B20的ROM上，我們只需將ROM上的溫度值讀取出來，然后轉換成相應的十進制，就可以拿來做后面的運算和顯示了。（3）溫度顯示這部分模塊由四位八段共陽極的數(shù)碼管組成，段選部分直接與單片機相連。2.系統(tǒng)原理圖數(shù)字溫度電路設計總體設計框圖如圖1所示，控制器采用單片機AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用八位LED數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據實現(xiàn)溫度顯示。多功能按鍵溫度傳感器復位電路AT89S52顯示電路聲光

6、報警 圖1 系統(tǒng)原理圖二 溫度傳感器設計1. DS18B20簡介DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，體積小、適用電壓更寬、更經濟。 Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。DS18B20測量溫度范圍為-55°C+125°C，在-10+85°C范圍內,精度為±0.5°C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。DS18B20可以

7、通過程序設定912位的分辨率，精度為±0.5°C。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20產品的特點：只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。測量溫度范圍在55。C到125。C之間。數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。內部有溫度上、下限告警設置。2. DS18B20的內部結構DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD

8、為外接供電電源輸入端。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20的管腳排列如圖2:圖2 DS18B20的管腳排列DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。 表1: DS18B20溫度值格式表這是12位轉化后得到的12位數(shù)據，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位

9、為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。表2: DS18B20溫度數(shù)據表3. DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結構寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內容是溫度的低八位，第二

10、個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表3： DS18B20暫存寄存器分布DS18B20暫存寄存器分布寄存器內容 字節(jié)地址溫度值低位 （LS Byte）0溫度值高位 （MS Byte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗值配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：表4： 配置寄存器結構TMR1R011111低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18

11、B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，分辨率設置表: 表5： 溫度分辨率設置表R1R0分辨率溫度最大轉換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms4. DS18B20工作時序主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功

12、。表6為發(fā)送存儲器的指令表：表6： ROM指令表 指 令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼 符合 ROM 55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應的DS1820使之作出響應，為下一步對該 DS1820 的讀寫作準備。 搜索 ROM 0FOH用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個數(shù)和識別 64 位ROM地址。為操作各器件作好準備。 跳過 ROM 0CCH忽略 64位ROM地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令 0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應。 指 令約定

13、代碼功 能溫度變換44H啟動DS1820進行溫度轉換，12位轉換時最長為750ms。結果存入內部9字節(jié)RAM中。讀暫存器 0BEH 讀內部RAM中9字節(jié)的內容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內部RAM的3、4字節(jié)寫上下限溫度數(shù)據命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據。復制暫存器 48H 將RAM中第3、4字節(jié)的內容復制到EEPROM中。 重調 EEPROM 0B8H 將EEPROM中內容恢復到RAM中的第3、4字節(jié)。 讀供電方式 0B4H 讀DS1820的供電模式。寄生供電時DS182發(fā)送“0”，外接電源供電 DS1820發(fā)送“ 1”。 三 控制系統(tǒng)1.單片機實現(xiàn)控制功能本次的數(shù)字溫度檢測能夠實現(xiàn)

14、溫度顯示，溫度上、下限以及上下限的調整。（1）按下鍵S2，顯示當前溫度和溫度上限設定值，并且在3秒的有效時間內可以用鍵S3減小設定溫度上限，鍵S4可增加上限值。最后一次按下按鍵后3秒自動返回主顯示界面。（2）按下鍵S4，顯示當前溫度和溫度下限設定值，并且在3秒的有效時間內可以用鍵S2減小設定溫度上限，鍵S3可增加上限值。最后一次按下按鍵后3秒自動返回主顯示界面。 （3）溫度小于溫度下限或者高于溫度上限，產生聲光報警。2.單片機AT89S52電路圖這個模塊的電路由AT89S52，時鐘電路，復位電路組成。時鐘電路用于產生單片機工作時所必須的時鐘控制信號。單片機的內部電路的時鐘信號控制下，嚴格的按時

15、序執(zhí)行指令進行工作。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。復位是單片機的初始化操作，只需給單片機復位引腳RST加上大于2個周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可使單片機復位。復位時，PC初始化位0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復位鍵RST引腳為高電平使單片機重新啟動。圖3 單片機電路圖四 顯示及聲光報警電路1. 顯示本次設計的顯示采取四位八段數(shù)碼管與單片機直接相連，由單片機控制數(shù)碼管的

16、顯示，并由按鍵控制數(shù)碼管的顯示方法，以及數(shù)值調整2. 聲光報警聲光報警電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，當溫度超過上限，或者低于下限時，蜂鳴器會發(fā)出鳴叫，二極管發(fā)光。圖4 顯示和聲光報警電路五 系統(tǒng)總電路圖圖5 數(shù)字溫度檢測電路六 總結這次的課程設計，由于理論知識的不足，再加上平時上課有些溜號，而且以前對課程設計沒什么經驗，所以剛開始的時候有一些手忙腳亂，不知從何入手。但是在老師和同學的共同努力下，我順利的完成了設計。現(xiàn)在回想一下，在短短的幾天中，我們每一天都是很累的，想抄抄或者自己胡亂編，蒙幾個數(shù)據上去來騙騙老師都不行，因為我們每一個模塊都要有根有據。雖然困難很多，但是我都進了最大的努力去克服，

17、然而還是難免有些疏忽和遺漏的地方。通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面，課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的提高。通過這次的課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺，自己要學習的東西還太多。而且也讓我明白了，學習是一個長期積累的過程，在以后的工作，生活中都應該不斷地學習，努力提高自己的知識和綜合素質。體會熱工測量儀表作為我們的主要專業(yè)課之一，雖然在大三開學初我對這門課沒什么興趣，覺得和上學期的傳感器的課程沒什么區(qū)別，但是通過半個學期的學習和這次的課程設計，發(fā)覺自己對檢測的興趣越來越濃。經過四天的學習，我們從圖書館和網絡上查找資料，熟悉題目，設計幾套方案并進行比較分

18、析，編程整理設計。四天忙碌的過來了，雖然時間緊迫，但是我們仍然按時的完成了這次的課程設計，因此對我來說學到的不僅是那些知識，更多的是團隊的合作?，F(xiàn)在想來，學校安排的課程設計有著他更深層的意義，他不僅僅讓我們綜合那些理論知識來運用到設計和創(chuàng)新，還讓我們知道啦一個團隊凝聚在一起時所發(fā)揮出的巨大潛能。在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。通過這次模具設計，本人在多方面都有所提高。通過這次模具設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識進行一次冷沖壓模具設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高學