基于-MSP430單片機倉庫多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計-論文模板

1、-PAGE . z基于MSP430單片機的倉庫多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設計摘要本課題主要介紹了基于MSP430單片機的倉庫多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設計，它對于在實際生產(chǎn)中，為了防止局部的溫度過高或過低，需要對*個空間多個點的溫度進展監(jiān)測有著重要的應用價值。該系統(tǒng)主要由MSP430單片機主控電路、多點溫度監(jiān)測電路、報警電路以及鍵盤顯示電路組成。在該系統(tǒng)中，利用多個DS18B20數(shù)字溫度傳感器對多點的溫度進展數(shù)據(jù)采集，通過MSP430單片機部的A/D模塊進展模數(shù)轉(zhuǎn)換，并利用LCD12864液晶顯示器來顯示所采集的結(jié)果，可通過鍵盤模塊設置相應溫度的閾值，當實時溫度超過閾值時，能通過報警模塊的蜂鳴器進展報警以提示

2、用戶。同時擴展了串口，能將實時溫度數(shù)據(jù)通過串口上傳到上位機，由上位機進展數(shù)據(jù)處理。關(guān)鍵字：DS18B20；MSP430單片機；LCD12864液晶顯示器-. z目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc356927166摘要 PAGEREF _Toc356927166 h IHYPERLINK l _Toc356927167ABSTRACT PAGEREF _Toc356927167 h IIHYPERLINK l _Toc356927168第1章緒論 PAGEREF _Toc356927168 h 2HYPERLINK l _Toc3569271691.1課題研究

3、的背景 PAGEREF _Toc356927169 h 2HYPERLINK l _Toc3569271701.2 國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc356927170 h 2HYPERLINK l _Toc3569271711.3 課題研究的容 PAGEREF _Toc356927171 h 3HYPERLINK l _Toc356927172第2章系統(tǒng)方案設計及論證 PAGEREF _Toc356927172 h 4HYPERLINK l _Toc3569271732.1 傳感器局部 PAGEREF _Toc356927173 h 4HYPERLINK l _Toc3569271742

4、.2主控制局部 PAGEREF _Toc356927174 h 5HYPERLINK l _Toc3569271752.3 系統(tǒng)電路設計總框圖 PAGEREF _Toc356927175 h 5HYPERLINK l _Toc356927176第3章硬件電路設計 PAGEREF _Toc356927176 h 6HYPERLINK l _Toc3569271773.1 電源以及看門狗電路 PAGEREF _Toc356927177 h 6HYPERLINK l _Toc3569271783.2 鍵盤以及顯示電路 PAGEREF _Toc356927178 h 7HYPERLINK l _Toc

5、3569271793.3溫度測試電路 PAGEREF _Toc356927179 h 8HYPERLINK l _Toc3569271803.4 報警電路 PAGEREF _Toc356927180 h 12HYPERLINK l _Toc3569271813.5 串口通訊電路 PAGEREF _Toc356927181 h 13HYPERLINK l _Toc356927182第4章軟件設計 PAGEREF _Toc356927182 h 14HYPERLINK l _Toc3569271834.1 概述 PAGEREF _Toc356927183 h 14HYPERLINK l _Toc3

6、569271844.2 主程序方案 PAGEREF _Toc356927184 h 14HYPERLINK l _Toc356927186第5章系統(tǒng)實物調(diào)試 PAGEREF _Toc356927186 h 19HYPERLINK l _Toc3569271875.1 分步調(diào)試 PAGEREF _Toc356927187 h 19HYPERLINK l _Toc3569271885.2統(tǒng)一調(diào)試 PAGEREF _Toc356927188 h 19HYPERLINK l _Toc356927189第6章結(jié)論 PAGEREF _Toc356927189 h 23HYPERLINK l _Toc356

7、927190參考文獻 PAGEREF _Toc356927190 h 24HYPERLINK l _Toc356927191附錄A：系統(tǒng)電路圖 PAGEREF _Toc356927191 h 25HYPERLINK l _Toc356927192附錄B：源代碼 PAGEREF _Toc356927192 h 26HYPERLINK l _Toc356927195致 PAGEREF _Toc356927195 h 47第1章 緒論1.1課題研究的背景在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度的測量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點溫度檢測系統(tǒng)在各個方面的應用領域：消防電氣的非破壞性溫度檢測

8、，電力、電訊設備之過熱故障預知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運輸工具之組件的過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機械等設備溫度過熱檢測。溫度檢測系統(tǒng)應用十分廣闊。目前，在實際生產(chǎn)中，為了防止局部的溫度過高或過低，需要對*個空間多個點的溫度進展監(jiān)測，如溫室大棚、糧倉等，以便采取相應的措施。為了改善監(jiān)測人員的工作條件，監(jiān)測人員一般需要遠離監(jiān)測對象。因此。多點溫度遠程監(jiān)測在實際生產(chǎn)中具有重要的應用價值。溫度測量的方法有多種，目前典型的溫度測量系統(tǒng)是由模擬式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機組成。但是，由于模擬式溫度傳感器輸出的為模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換才能與單片機等微處理

9、器接口，并且每個測溫點都要占用一個I/O口，這種系統(tǒng)的遠距離傳輸使得系統(tǒng)非常復雜，本錢較高。此外，模擬傳感器的信號在傳輸中易受干擾，降低了系統(tǒng)監(jiān)測的精度和穩(wěn)定性。采用TI公司的16位單片機MSP430g2553作為主控制器，采用美國DALLS公司的可編程單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集倉庫中的多點溫度信號，實現(xiàn)了溫度檢測和遠距離傳輸，較好的解決了上面所出現(xiàn)的問題1。1.2 國外研究現(xiàn)狀國外對溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進展指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)

10、在世界各國的溫度測控技術(shù)開展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的根底上正向著完全自動化、無人化的方向開展。我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收興旺國家溫度測控技術(shù)的根底上，才掌握了溫度室微機控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設施計算機應用，在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向?qū)嵱没?、綜合性應用階段過渡和開展。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與興旺國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠遠沒有到達工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低

11、，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。1.3 課題研究的容本設計運用主從分布式思想，由一臺上位機PC微型計算機，下位機單片機多點溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 RS-232串行通訊標準，通過上位機PC控制下位機單片機進展現(xiàn)場溫度采集。溫度值既可以送回主控PC進展數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示，也可以由下位機單獨工作，實時顯示當前各點的溫度值，便于對各點的溫度進展監(jiān)測和控制。下位機采用的是單片機基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)3。DS18B20利用單總線的特點可以方便的實現(xiàn)多點溫度的測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡，系統(tǒng)的抗干擾性好、設計靈活、方便，

12、而且適合于在惡劣的環(huán)境下進展現(xiàn)場溫度測量。本系統(tǒng)可以應用在大型工業(yè)及民用常溫多點監(jiān)測場合。所以本課題的研究主要是針對糧食倉儲系統(tǒng)或者其他倉庫系統(tǒng)的溫度進展實時監(jiān)測，以便于及時控制其里面的溫度，預防一些意外事情的發(fā)生，例如火災類似災難性事情的發(fā)生。第2章 系統(tǒng)方案設計及論證溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。假設采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設計信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響

13、，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點溫度檢測系統(tǒng)的設計的關(guān)鍵在于兩局部：溫度傳感器的選擇和主控單元的設計。溫度傳感器應用圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首13。2.1 傳感器局部方案一：采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量圍，但熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中，采用單片溫度傳感器，比方AD590，LM35等4。但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計算機，這樣就使得測溫裝置的構(gòu)造較復雜。另外，這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器，不能進展多點測量。即使能實現(xiàn)，也要用到復雜的算法，一定程度上

14、也增加了軟件實現(xiàn)的難度。方案二：在多點測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進展AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS1820和微控制器MSP430單片機構(gòu)成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機連

15、接。這樣，測溫系統(tǒng)的構(gòu)造就比擬簡單，體積也不大，且由于MSP430單片機可以帶多個DSB1820，因此可以非常容易實現(xiàn)多點測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡5。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以表達系統(tǒng)芯片化這個趨勢。局部功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地防止外界的干擾，提高測量電路的準確度。所以集成芯片的使用將成為電路開展的一種趨勢。所以傳感器局部采用DS18B20這一數(shù)字溫度傳感器芯片，也是順應這一趨勢6。綜上所述，該系統(tǒng)的傳感器局部采用數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20 測量溫度是較為理想，且系統(tǒng)電路的設計不是很復雜，易于實現(xiàn)。2.2主控制

16、局部方案一：此方案采用PC機實現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機交互友好。但是PC機輸出信號不能直接與DS18B20通信。需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比擬惡劣的場合，PC機的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩。方案二：此方案采用MSP430十六位單片機實現(xiàn)，采用了精簡指令集RISC構(gòu)造，具有豐富的尋址方式7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址、簡潔的 27 條核指令以及大量的模擬指令；大量的存放器以及片數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了可編制出高效率的源程序

17、。由于其還有運算速度快，超低功耗，片資源豐富，擁有高效的開發(fā)環(huán)境，給工程帶來了很大的方便。綜上所述，采用MSP430十六位單片機來實現(xiàn)主控制局部是比擬理想的。2.3 系統(tǒng)電路設計總框圖系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴展性較差的特點，運用分布式通訊的思想。設計一種可以用于大規(guī)模多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS-232串行通訊的標準，通過下位機單片機進展現(xiàn)場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機模塊實時顯示，也可以送回上位機進展數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴展性好，本錢低的特點。實際采用的系統(tǒng)電路方案如下列圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)設計總框圖第3章 硬件電路設計系統(tǒng)底

18、層電路的功能主要包括：多點溫度測試及其相關(guān)處理，實時顯示溫度信息，與上位機通訊傳輸溫度數(shù)據(jù)。硬件設計主要包括以下幾個模塊：電源以及看門狗電路， 鍵盤以及顯示電路，溫度測試電路，串口通訊電路。下面對電路分模塊進展詳細說明。3.1 電源以及看門狗電路電源電路因為單片機工作電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。具體電路圖如圖3.1所示。圖3.1 電源電路看門狗電路考慮到底層電路板的工作環(huán)境相對惡劣，單片時機受到周圍環(huán)境的干擾，而出現(xiàn)程序跑飛，死機等一些不可預知的不正常工作現(xiàn)象。工作人員也不可能到現(xiàn)場對單片機重起，本設計為單片機電路添加一個外部看門狗電路。定時查詢單片機

19、的工作狀態(tài)，一但發(fā)現(xiàn)異常即對單片機延時重起。保證系統(tǒng)平安可靠的運行。NE56604能為多種微處理器和邏輯系統(tǒng)提供復位信號，其門限電平為4.2V 。在電源突然掉電或電源電壓下降到低于門限電平時。NE56604將產(chǎn)生準確的復位信號。NE56604置一個看門狗定時器，用于監(jiān)控微處理器，以確保微處理器的正常運行?？撮T狗能產(chǎn)生一個系統(tǒng)復位信號用來終止任何由于微處理器故障而引發(fā)的不正常的系統(tǒng)操。NE56604的看門狗的監(jiān)控周期為100mS典型值2。特性：1、正負雙邏輯輸出的有效復位信號。2、精準的門限電平監(jiān)測。3、上電復位部延時。第4章軟件設計4.1 概述 整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬

20、件根本定型后，軟件的功能也就根本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件主程序，它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件子程序，它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進展功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設置選擇一種最適宜的監(jiān)控程序構(gòu)造，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。4.2 主程序方案主程序調(diào)用了5個子程序，分別是LCD12864顯示子程序、鍵盤掃描以

21、及按鍵處理子程序、溫度采樣子程序、中斷控制子程序、單片機與PC機串口通訊程序19。鍵盤掃描電路及按鍵處理子程序：實現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識別及相關(guān)處理。溫度采樣子程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進展處理，進展采樣判斷及顯示。LCD12864液晶顯示程序：向液晶顯示器的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示局部。中斷控制程序：實現(xiàn)循環(huán)顯示功能以及報警功能。串口通訊程序：實現(xiàn)PC機與單片機通訊，將溫度數(shù)據(jù)傳送給PC機。將各個功能程序以子程序的形式寫好，當寫主程序的時候，只需要調(diào)用子程序，然后在存放器的分配上作一下調(diào)整，消除存放器沖突和I/O沖突即可。程序應該盡可能多的使用調(diào)用指令代替跳轉(zhuǎn)指令。因為跳轉(zhuǎn)指令使得程序難以看

22、懂各程序段之間的構(gòu)造關(guān)系。而調(diào)用指令則不同，調(diào)用指令使得程序構(gòu)造清晰，無論是修改還是維護都比擬方便。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個好處那就是以后寫程序的時候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個單元功能模塊17。主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖第5章系統(tǒng)實物調(diào)試5.1 分步調(diào)試1、測試環(huán)境及工具測試溫度：0100攝氏度。模擬多點不同溫度值環(huán)境測試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，溫度計0100攝氏度，串口調(diào)試助手。測試方法：目測。2、測試方法插上電源后使系統(tǒng)實物運行，觀察系統(tǒng)實物硬件檢測是否正常包括單片機最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測試電路、報警電路等。系統(tǒng)實物

23、自帶測試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計同時測量多點空氣溫度變化情況取溫度值不同的多點，目測顯示電路是否正常。并記錄各點溫度值，與實際溫度值比擬，得出系統(tǒng)的溫度指標。使用串口調(diào)試助手與單片機通訊，觀察單片機與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。3、測試結(jié)果分析自檢正常，各點溫度顯示正常，串口傳輸數(shù)據(jù)正確。報警電路在其超過設定的溫度閾值時，其報警正常。因為芯片是塑料封裝，所以對溫度的感應靈敏度不是相當高，需要一個很短的時間才能到達穩(wěn)定。第6章 結(jié)論本系統(tǒng)由高性能的MSP430單片機和高精度的數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成，3個DS18B20通過單總線與單片機連接，實現(xiàn)了150

24、m圍的溫度監(jiān)測，硬件電路構(gòu)造簡單，本錢低.經(jīng)過實際測試,該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，溫度測量準確度高，抗干擾能力強，可廣泛使用于各種需要進展溫度監(jiān)測的場所。本系統(tǒng)還預留了串行通信接口，根據(jù)實際需要可與上位機進展通信，以便于將采集到的數(shù)據(jù)進展存儲觀察和處理。至此本人設計根本完成了預期的目標，系統(tǒng)在硬件自動測試，鍵盤操作，實時顯示方面做的比擬好。但是由于時間倉促、條件有限，設計成果并不是很完美，還存在下面問題：串口通訊不穩(wěn)定，未對溫度數(shù)值統(tǒng)計處理以及存儲。我準備在今后的工作過程中進一步完善此設計。對我個人而言，知識上的收獲重要，但能力上的提高上更為可喜。在這里我要特別感我的指導教師教師的熱心指導。在教師的啟發(fā)

25、下，使我自己少走彎路，使自己才能順利的完成此次畢業(yè)設計。在我以后的工作中，我一定更加努力的學習，充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢和特長。-. z參考文獻1賈振國. DS1820 及高精度溫度測量的實現(xiàn)J.:電子技術(shù)應用.2邦田.電子電路實用抗干擾技術(shù).:人民郵電,1994.3Dallas semiconductor in ds18b20 programmable resolution 1wiredigital thermometer 2001Z.4曲喜貴.電子元件材料手冊M.:電子工業(yè),1989.5黃賢武.傳感器實際應用電路設計M. :電子科技大學.6君華.智能傳感器系統(tǒng)M .:電子科技大學,1999.7周

26、云波.由DS18B20單線數(shù)字溫度計構(gòu)成的單線多點溫度測量系統(tǒng).:電子技術(shù)應用.8吉鵬.微機原理與接口技術(shù) M.:高等教育,2001.9振國. DS1820 及高精度溫度測量的實現(xiàn) J .電子技術(shù)應用,2000 .10東耀.數(shù)字溫度傳感器在倉庫溫度檢測系統(tǒng)的應用J.傳感器世界,2001.11周月霞. DS18B20 硬件連接及軟件編程J.傳感器世界,2001.12傳友.一線數(shù)字溫度傳感器資料M. :力源電子,1996.13Dalls. Based on SCM multi-functional temperature testing system design.2001.14偉正.單線數(shù)字溫度

27、傳感器的原理與應用1.電子技術(shù)應用,2000,6.66-68.15DALLAS公司.DS18B20數(shù)據(jù)手冊Z.16傳友.DS18B20 硬件連接及軟件編程J.傳感器世界,2001.17黃賢武.單線數(shù)字溫度傳感器資料M.:力源電子,1996.18賈東耀.數(shù)字溫度傳感器在倉庫溫度檢測系統(tǒng)的應用J. 傳感器世界,2001.19胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設計M.:清華大學,2002.20更祥.單總線數(shù)字式智能型溫度傳感器在測控領域中的應用J.計算機自動測量與控制,1999.附錄A：系統(tǒng)電路圖-. z附錄B：源代碼*include LCD12864.h*include DS18B20.h*include key.h*include HC595.h*define UPP_LIMIT 0*01*define DOWN_LIMIT 0*02unsigned char KeyValue;unsigned int TempDat;volatile unsigned char alertArr = 0,4,0,0,2,0;unsigned char dis2 = 0123456789ABCDEF; /用于12864顯示對應的SN碼unsigned char cTable=0*1a,0*2a,0*4a,0*8a;volatile unsigned int TempValue ; /