【基于單片機(jī)的溫度計測溫系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)5100字（論文）】

基于單片機(jī)的溫度計測溫系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要進(jìn)入二十一世紀(jì)后，電子信息產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，人們的生活發(fā)生天翻地覆的變化。在這種背景下，電子溫度計應(yīng)運(yùn)而生，溫度檢測精度、便攜性和可靠性得到極大的提高。此次課設(shè)論文所介紹的是自己動手制作的一個高精度數(shù)字溫度計。本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為溫度計終端，利用基于計算機(jī)集中測量方案與基于總線的分散測控方案，結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)采集技術(shù)開發(fā)電子溫度計監(jiān)測及控制系統(tǒng)。它的主要組成部分有：單片機(jī)、鍵盤與LCD顯示器電路、溫度控制電路。它可以實時的顯示溫度計的溫度，實現(xiàn)對溫度計溫度的監(jiān)測。該套系統(tǒng)主要包括溫度計溫度監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊三部分，當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測到溫度計溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的報警溫溫度（安全溫度上限）時，發(fā)出聲報警。利用單片機(jī)和溫度傳感器構(gòu)成的電子式智能溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，有直觀準(zhǔn)確。關(guān)鍵詞：溫度計；溫度；測控；報警AbstractAfterenteringthetwenty-firstCentury,therapiddevelopmentofelectronicinformationindustry,people'sliveshavechangeddramatically.Inthiscontext,theelectronicthermometercameintobeing,thetemperaturedetectionaccuracy,portabilityandreliabilityhasbeengreatlyimproved.Thiscourseisdesignedtointroduceahighprecisiondigitalthermometer.Thissystemusesthemicrocontrollerasthermometerterminalbasedoncentralizedanddecentralizedcontrolschemeofcomputermeasurementschemebasedonthecombinationofsensordatacollectiontechnologydevelopmentofelectronicthermometermonitoringandcontrolsystem.Itsmaincomponentsare:SCM,keyboardandLCDdisplaycircuit,temperaturecontrolcircuit.Itcandisplaythetemperatureofthethermometerinrealtime.Thesystemmainlyincludestemperaturemonitoringmodule,dataprocessingmodulethreepart,whentheearlywarningsystemtomonitorthetemperaturereachesthepresettemperaturealarmtemperature(maximumsafetemperature),soundalarm.Theuseofsingle-chipmicrocomputerandtemperaturesensorcomposedofelectronicintelligentthermometercandirectlymeasurethetemperature,thetemperatureofthedigitalvalue,bothsimpleandconvenient,intuitiveandaccurate.Keywords:thermometer;temperature;measurementandcontrol;alarm目錄第1章緒論 第1章緒論1.1總體框架設(shè)計主控機(jī)模塊主控機(jī)模塊AT89C51顯示模塊按鍵模塊復(fù)位電路模塊電源模塊溫度采集模塊報警模塊TX圖1.1溫度計系統(tǒng)功能方塊圖通過溫度采集電路，采集當(dāng)前溫度信號，將采集到的模擬信號通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)變?yōu)锳T89C51可控的數(shù)字信號，AT89C51芯片根據(jù)輸入的當(dāng)前實際溫度，控制輸出合理的數(shù)字信號，再由DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸入到后向加熱執(zhí)行電路，以此來完成對整個溫度監(jiān)測控制。節(jié)省了人力資源，并且能夠根據(jù)用戶設(shè)定的溫度與檢測來的溫度的比較結(jié)果來迅速的對溫度進(jìn)行控制。1.2設(shè)計需要解決的問題將AT89C51和DAC0832結(jié)合，利用AT89C51控制器實現(xiàn)DAC0832溫度傳感器的溫度采集和控制處理的工作再結(jié)合PID智能控制，不但可以提高溫度控制的速度、精度、而且還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第2章溫度計測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1單片機(jī)小系統(tǒng)2.1.1單片機(jī)的選用微處理器AT89C51單片機(jī)作為主要控制器，是ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高績效CMOS8有4k字節(jié)flash單片機(jī)可擦只讀程序存儲器和獲取數(shù)據(jù)128字節(jié)的隨機(jī)存取內(nèi)存(RAM)，設(shè)備采用ATMEL公司的高密度非易失存儲器技術(shù)，生產(chǎn)，和標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令，8-芯片，通用單片機(jī)的中央處理單元(CPU)和閃存細(xì)胞相容性[[]肖紹杰，趙航.測距式超聲波防盜報警器[J].錦州師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2012(03)][]肖紹杰，趙航.測距式超聲波防盜報警器[J].錦州師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2012(03)圖2.1最小系統(tǒng)圖圖2.2AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路原理圖2.1.2時鐘模塊硬件電路DS1302是一個高性能、低功耗實時時鐘芯片DS1302和微控制器連接只需要三行，采用三線SPI接口與CPU同步通信發(fā)送時鐘信號或多個字節(jié)的RAM中的數(shù)據(jù)。在此系統(tǒng)中，AT89C51單片機(jī)為主要設(shè)備，DS1302的設(shè)備和從設(shè)備接收數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)。本次系統(tǒng)設(shè)計中系統(tǒng)時鐘所采用的晶振為50MHz的有源晶振，活躍的晶體主要使用3.3V直流電源，該電源系統(tǒng)時鐘電路[[]路錦正，王建勤，楊紹國，趙珂，趙太飛.超聲波測距儀的設(shè)計[J].傳感器技術(shù).2012(08)]。系統(tǒng)時鐘電路如圖2.3所示。經(jīng)實際電路測試，該時鐘電路可以穩(wěn)定輸出50MHz[]路錦正，王建勤，楊紹國，趙珂，趙太飛.超聲波測距儀的設(shè)計[J].傳感器技術(shù).2012(08)圖2.3時鐘模塊硬件電路圖2.1.3復(fù)位電路在MCS單片機(jī)系列，廣泛使用復(fù)位電路如圖2.4所示，其有效時間就持續(xù)24個振蕩周期以上才能完成復(fù)位操作。RST銷復(fù)位信號輸入，復(fù)位信號的有效高度，RST有一定寬度的脈沖，可以有效地實現(xiàn)電動自動復(fù)位和手動復(fù)位在12MHz時鐘時，通常C7可取22μF，R2可取1kΩ，需持續(xù)2μs以上才能完成復(fù)位操作。圖2.4復(fù)位電路在圖2.4中，信號nRST連接到LPC2119芯片的復(fù)位引腳RESET，nests還連接到鍵盤與LCD驅(qū)動芯片ZLG7290的復(fù)位端，用于ZLG7290的復(fù)位。隨著時間的增加，電容電壓值增加緩慢，和RST銷上的電壓逐漸降低，當(dāng)RST銷的電壓值降至較低水平，單片機(jī)恢復(fù)正常，呼吁電動復(fù)位。2.1.4同步動態(tài)隨機(jī)存儲器SDRAM作為NIOSII系統(tǒng)中最重要的一個組成部分，在AT89C51系統(tǒng)設(shè)計過程中擔(dān)任著重要角色。每次系統(tǒng)上電的時候，AT89C51都會把EPCS中存儲的控制程序發(fā)送給SDRAM，并在SDRAM中運(yùn)行，由于SDRAM速度很快，這樣做可以加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度，考慮到SDRAM中數(shù)據(jù)掉電丟失的特性，因此我們要將程序提前固化到EPCS中。圖2.5SDRAM電路2.2溫控模塊電路設(shè)計2.2.1溫度傳感電路設(shè)計本文采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為測溫元件。采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號位）測溫范圍為-55℃-+125℃，測量分辨率為0.0625℃。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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，高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖2.6所示。圖2.6DS18B20管腳圖在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法，如圖2.7所示:把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的13管腳連接，再加上拉電阻。圖2.7溫度傳感電路圖DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)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(jìn)行預(yù)定的操作。2.2.2溫度控制電路的設(shè)計圖2.8溫度控制電路實際電路如圖2.8所示，通過鍵盤設(shè)定溫度的上下限。把實際測量的溫度和設(shè)定的上下限進(jìn)行比較，來控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低電平。把P0.0、P0.1、P0.7端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。當(dāng)測量的溫度超過了設(shè)定的最高溫度，P2.2由高電平變成低電平，就相當(dāng)于基極輸入為“0”，這時三極管導(dǎo)通推動小風(fēng)扇和控制電路工作，反之，當(dāng)基極輸入為“1”時，三極管不導(dǎo)通，報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。2.3系統(tǒng)外圍電路設(shè)計2.3.1顯示電路設(shè)計液晶顯示采用LCD12864，這樣就算是在不使用計算機(jī)的情況下，控制系統(tǒng)系統(tǒng)也能正常運(yùn)行，并且能具有直觀的可視性。使用該模塊模式靈活的界面和簡單和方便的操作指令，可以在中文構(gòu)成了人機(jī)交互式圖形界面。主要是通過鍵盤顯示電路，實現(xiàn)剎車片溫度設(shè)置，速度和當(dāng)前參數(shù)設(shè)置。圖2.9液晶顯示LCD12864電子圖組成的液晶顯示器（LCD）的模塊方案并與類型的圖形點陣液晶顯示模塊，無論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序更簡潔，和這個模塊的價格略低于相同的點陣圖形液晶模塊。下圖是顯示原理圖2.10：圖2.10LCD顯示原理圖本系統(tǒng)可以通過鍵盤來設(shè)置溫度計溫度報警信息，具有良好的人機(jī)交互功能。2.3.2鍵盤電路設(shè)計本設(shè)計采用單片機(jī)控制器處理，按鍵是采用行列式鍵盤。鍵盤是最常見的人機(jī)接口設(shè)備，微機(jī)控制器通過鍵盤可以輸入各種操作指令和數(shù)據(jù)，單片機(jī)控制器捕捉關(guān)鍵信息，與單片機(jī)控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理。本設(shè)計中，我們采用4*4鍵盤進(jìn)行對電路的設(shè)定。4*4鍵盤的結(jié)構(gòu)如圖2.11所示：圖2.11鍵盤示意圖2.3.3報警電路蜂鳴器報警原理比較簡單，單片機(jī)對IO口P3.0和3.1進(jìn)行控制。報警信號電路由單片機(jī)控制，該系統(tǒng)使用發(fā)光二極管和蜂鳴器報警，傳感器檢測闖入時，響應(yīng)單片機(jī)蜂鳴器報警。當(dāng)DS18B20檢測到溫度信號，經(jīng)DS18B20處理，傳給單片機(jī)，單片機(jī)將P3.0和P3.1口輸出低電平，蜂鳴器工作，LCD燈亮達(dá)到報警的效果。報警電路如圖2.12：圖2.12蜂鳴器與單片機(jī)的接口電路圖第3章溫度計測溫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1匯編語言以及主程序圖3.1.1匯編語言匯編C語言是單片機(jī)編程語言的一種重要形式，也是最常用的在今天的單片機(jī)開發(fā)人員程序開發(fā)的語言形式。匯編語言是一種替代機(jī)器語言的編程語言。匯編語言的特點是每個指令助記符。并進(jìn)行目標(biāo)程序、檢查修改程序中的錯誤，對程序運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，直到正確為止。3.1.2程序圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計和電路原理，根據(jù)硬件連接和每個模塊的特點和功能芯片實現(xiàn)，初始化，主程序的流程是通過溫度感應(yīng)模塊接收溫度信息，然后傳送到單片機(jī)進(jìn)行分析和監(jiān)控。整體方案方框圖如圖3.1所示。整個溫度采集系統(tǒng)的流程如圖3.1所示：調(diào)用顯示子程序1s到?調(diào)用顯示子程序1s到?初次上電?讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換開始命令NYYN初始化發(fā)出報警YN溫度超過報警值?調(diào)用鍵盤掃描子程序圖3.1電子溫度計主程序流程圖3.2子程序設(shè)計分析3.2.1蜂鳴器報警子程序首先是定義發(fā)光二極管及蜂鳴器數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)值為LCD和BELL數(shù)值為“0”時，發(fā)光二極管亮、蜂鳴器響?？梢允褂靡粋€晶體管驅(qū)動程序。報警程序設(shè)計如圖3.2所示。驅(qū)動報警電路驅(qū)動報警電路報警鳴音不報警判別觸發(fā)信號YN圖3.2報警程序流程圖3.2.2系統(tǒng)顯示子程序因為通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，使單片機(jī)的數(shù)據(jù)以16進(jìn)制儲存于寄存器當(dāng)中，為了讓LED顯示需要轉(zhuǎn)換為BCD碼。本次采用軟件消抖，通過調(diào)用子程序延時來解決，可以很好地解決單片機(jī)的抖動問題。驅(qū)動HD7279驅(qū)動HD7279選擇段、位碼LED顯示數(shù)據(jù)傳輸YLED閃爍LED閃爍≤2m≥15m圖3.3LED顯示子程序流程圖3.2.3DS18B20程序DS18B20程序流程圖如圖3.4所示：開始開始調(diào)初始化子程序設(shè)置跳過ROM命令CCH，調(diào)寫命令子程序設(shè)置啟動溫度轉(zhuǎn)換命令44H，調(diào)寫命令子程序調(diào)延時子程序調(diào)初始化子程序設(shè)置匹配命令BEH，調(diào)寫命令子程序設(shè)置溫度數(shù)據(jù)存放位置，調(diào)寫命令子程序讀出數(shù)據(jù)結(jié)束圖3.4DS18B20程序流程圖由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送。因此，在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。系統(tǒng)還有一個循環(huán)顯示LCD程序編輯及小部分元器件控制程序。發(fā)DS18B20復(fù)位命令命令發(fā)匹配ROM、64位地址發(fā)DS18B20復(fù)位命令命令發(fā)匹配ROM、64位地址移入溫度暫存區(qū)發(fā)讀取溫度命令讀取RAM中的9個字節(jié)9字節(jié)完？返回YNYNCRC校驗正確？開始置“+”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度BCD值計算整數(shù)位溫度BCD值溫度值取補(bǔ)碼置“－”標(biāo)志溫度零下？返回結(jié)束YN開始圖3.5讀出溫度子程序流程圖圖3.6計算溫度子程序流程圖顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖區(qū)中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。其程序流程圖如圖3.7所示。3.2.4中斷服務(wù)程序溫度采集及儀表與上位機(jī)數(shù)據(jù)通訊主要通過定時器以及計數(shù)器，串行I/O口和中斷服務(wù)來實現(xiàn)。中斷服務(wù)程序如圖3.7。圖3.7中斷服務(wù)子程序結(jié)論本次課程設(shè)計中的溫度傳感器采用的是Dallas公司的DS18B20，通過實踐設(shè)計應(yīng)用，進(jìn)一步加深了對DS18B20獨特的單總線技術(shù)的理解和應(yīng)用。顯示電路采用LCD實現(xiàn)，LCD獨具的低壓、微功耗特性使它在單片機(jī)系統(tǒng)中特得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)作為控制系統(tǒng)實現(xiàn)溫度傳感器和LCD的邏輯交互，進(jìn)而達(dá)到本設(shè)計的最終目的。通過本次課程設(shè)計，使我對DS18B20單總線技術(shù)和LCD編程技術(shù)有了更加深刻的認(rèn)識和理解。本次課程設(shè)計不僅提高了我們的實踐技術(shù)，還培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，使我們認(rèn)識到理論聯(lián)系實際的重要性，在實踐中擴(kuò)展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，從各方面提高了自身的綜合素質(zhì)，這對我們今后的學(xué)習(xí)和工作大有裨益。參考文獻(xiàn)[1]楊寧.基于ST