多路溫度采集系統(tǒng)教材

1、多路溫度采集報警系統(tǒng)設計緒論1課題的意義單片機是一種集CPU RAM ROM I/O接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只需 要外加電源和晶振就可實現(xiàn)對數(shù)字信息的處理和控制。 單片機由于其微小的體積和極低 的成本，而廣泛的應用于家用電器、工業(yè)控制等領域中。多路溫度采集系統(tǒng)是利用溫度 傳感器DS18B20僉測溫度，并由單片機處理顯示。本設計利用AT89C5仲片機為處理器，結合溫度采集電路、鍵盤電路、顯示電路、 報警電路等實現(xiàn)對多路溫度的實時檢測與顯示。通過設計實物并調試，對系統(tǒng)存在的問題進行了分析和總結，并提出了改進措施。2. 課題的目的多路溫度采集報警系統(tǒng)設計，要求具有多路溫度的采集、顯示溫度、

2、上下限報警等 功能。課程設計目的：通過設計和實踐，培養(yǎng)學生綜合運用所學的理論知識、實踐操作及 獨立解決實際問題的能力。使學生牢固掌握課堂中學到的電子線路的工作原理、分析方法和設計方法。學會電路的一般設計方法和設計流程，并應用這些方法進行一個實際的 電子線路的系統(tǒng)設計。3. 技術要求：(1) 利用溫度傳感器(DS18B20測量某三路的環(huán)境溫度。(2) 測量范圍為0C+ 100C，精度為土 0.1 C。(3) 用液晶進行實際溫度值顯示。(4) 當達到報警溫度后，能夠自動發(fā)出報警聲。4. 要解決的問題：(1) 精確的測量溫度，提高上下限報警的范圍。(2) 當LCD液晶顯示器接收到來自AT89C51單

3、片機傳送來的溫度信息后，分別顯示 了當前的溫度。-9 -一、實驗方案的擬定根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，當溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發(fā)送到 AT89C51單 片機上，經(jīng)AT89C51處理，將把溫度在顯示電路上顯示。當開機后，顯示屏和計時器 進行初始化設置。同時，本系統(tǒng)能夠設置報警溫度，在到達報警時間后能夠通過LED發(fā)光二極管以及發(fā)音器提示報警。利用AT89C51芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現(xiàn) 快速測量環(huán)境溫度。系統(tǒng)框圖如圖1：圖1系統(tǒng)框圖選擇DS18B20乍為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機AT89C51為測控系統(tǒng)的核心來 完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能

4、。選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20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， 省卻了采樣/ 保持電路、運放、數(shù)/模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串/并轉換電路， 簡化了電 路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。當LCD液晶顯示器接收到來自AT89C51單片機傳送來的溫度信息后，分別顯示了當 前的溫度。二、基本概念和理論基礎（一）、器件的選用1、單片機AT89C51AT89C51作為溫度測試系統(tǒng)設計的核心器件。該器件是 INTEL公司生產(chǎn)的MC51 系列單片機中的基礎產(chǎn)品，采用了可靠的 CMO工藝制造技術。具有高性能的8位單片 機，屬于標準的 MCS

5、-51的CMOS品。片內含8Kbytes的可擦寫的只讀程序存儲器（EPROM和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM，器件兼容標準的MCS-51指令系 統(tǒng)。片內置通用8位中央處理器（CPU和Flash存儲單元。結合了 HMO的高速和高密 度技術及CHMO的低功耗特征。其具有如下性質：（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4K字節(jié)可重擦寫Flash閃爍存儲器。（3）壽命：1000寫 /擦循環(huán)。（4）數(shù)據(jù)保留時間：10年。（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz。（6）三級程序存儲器鎖定。（7）128*8位內部 RAM（8）32可編程I/O線。（9）兩個16位定時器/計數(shù)器。（10）8個中

6、斷源。（11）可編程串行通道。（12）低功耗的閑置和掉電模式。（13）片內振蕩器和時鐘電路。AT89C51單片機提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM 32位I/O 口線, 看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構， 全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU亭止工作，允許RAM定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工 作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。2、溫度傳感器DS18B20DS18B2C在使用

7、中不需要任何外圍元件， 全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只 三極管的集成電路內。其具有9條特點：（1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供 電。（2）溫范圍55E+ 125C，在-10+85C時精度為土 0.5 C。（3）零待機功耗。（4）可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5 C、0.25 C、0.125 C 和0.0625 C,可實現(xiàn)高精度測溫。(5) 在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在 750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快。(6) 用戶可定義報警設置。(7) 報警搜索命令識別并標志超過程序限

8、定溫度的器件。(8) 結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU同時可傳送CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。DS18B2作為新型的一線器件，能夠方便的和中心處理器進行連接，并具有很大的 擴展空間。溫度范圍較廣，使得整體的測溫范圍能大幅度的上升，零待機消耗更是起到了節(jié)能的作用。利用用戶能自定義報警設置這一特點， 能夠在實現(xiàn)報警功能上得到很大 的便利，同時極強的抗干擾性能使得溫度的檢測更加準確，作為溫度計最基本的要求， 準確必須滿足。這些好處使得DS18B2最終被選擇。3、1602LCD顯示屏由于設計中要求顯示測試溫度，因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。工作 電壓不能太高，

9、與單片機的連接方式需要簡單，顯示準確。本設計中采用的是1602型LCD液晶屏能夠很好的滿足這些要求。此液晶屬于工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要 23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是 任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線， 比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質的提高。在儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到了 廣泛的應用。1602擁有很多出色的優(yōu)點：(1) 顯示質量高，由于液晶顯示器的每一個點收到信號后就一直保持那種色彩和亮度 恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質高而且不會閃爍。(2) 數(shù)字式接口，

10、液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機的接口簡單操作也很方便。(3) 功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內部電極和驅動IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。(二)、模塊的設計1、溫度采集電路溫度控制電路主要運用到了 DS18B20和 AT89C51如何使兩者連接實現(xiàn)功能是溫度 控制電路的主要設計目的。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND地， I/O與單片機的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I/O。內部寄生電源I/O 口線要接5KQ左右的上拉電阻。這里采用的是第一種連接方法,如圖2所示:P2 口為一個內

11、部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4個TTL 門電流，當P2 口被寫“ 1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2 口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故血lonau丄23-3UXTAL2RS7POOMDO P0.1XW1 P0.2WD2 PgP0.4/AD4 P0.SMD5 P0&AD6 P07JWD7P2.1/A9P2 加TO 匚話T 卩加腳12 P2.5M13 P2JSA14P2.7AA15m.1/TXDP32JNTCT psjrfJrrrax/TDP3血 P3&/ARP3.7JTO393?6三g21 DQDtSThE

12、DiliXL 121111迂IRESPACW*0GW.1：期GWDU2QND VCCGNDU9DSlEe20 口 TEX-vcs： GWK1ES2D圖2溫度采集電路傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路。DS18B2C可 以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20勺1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式考慮到實際應用中寄生電源供電方式 適應能力差且易損壞，此處采用電源供電方式，I/O 口接單片機的P2.4 口。2、顯示電路液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路，PCB線路板,背光源,結構 器件裝配在一起的組件

13、。在顯示電路中，VSS接地，VDD接 5V正電源，VEE為液晶顯示器對比度調整端，接 正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，為了獲得最佳對比度，VEE接地。RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。R/W為讀 寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可 以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電 平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液 晶模塊執(zhí)行命令。RS和R/W選用不同的高低電平，將影響寄存器的選擇。RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01

14、讀busy flag（ DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB0DB6值10與入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)表1寄存器選擇控制表由于液晶顯示器的功能是顯示各字符，所以RS置高電平，R/W接地。8位雙向數(shù)據(jù)線D0-D7與雙向I/O 口相連。3、報警系統(tǒng)利用有源蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過獲高于所預設的溫度時，數(shù)據(jù)口相應拉高電平，報警輸出。而兩個發(fā)光二極管直接和單片機的 P3.6和P3.7相接，當溫度大于100度時D1發(fā)亮，蜂鳴器報警，反之黃燈 D2發(fā)亮 至于報警電路，連接方式圖3所示。圖3報警電路4、總體電路如圖4為總體電路圖:IdFZtRPip IILCD

15、1pormPUVAtlTCI2AIJnuAis-F砂尺LWTS rz1nLii ；1BpzufjmF7F32W.IDP2JM.I I 仏川沖 吃 11：! rzjaxiH F2JM.ICraoiiiD pj-vryfr pjsTmr 刑 M7F7 riLTD num 口 P3TIRP-jiE-jTra1 ： 1 二 JHTRilb-圖4總體電路圖三、結論在本次課程設計中，本人就采用了這種已經(jīng)相當普及的方法設計了一個基于單片機 和溫度傳感器的多路溫度采集系統(tǒng)，并通過了軟件仿真，最后得出了設計結果的可行性， 設計過程中，首先，要對DS18B20故一個詳細的了解，作為設計中一個重要的元件，要 知道它

16、的一般流程：初始化一ROM操作指令一存儲器操作指令一數(shù)據(jù)傳輸。然后必須掌 握它的每個端口的作用，并用單片機通過高低電平來控制它的工作過程， 不一樣的模塊 它的工作時序是不同，這里要通過軟件正確的編寫出讀寫時序， 才能確保在測量溫度的 環(huán)節(jié)中不出問題。一個完整的系統(tǒng)同樣也需要一個人機界面才能便于使用者讀出數(shù)據(jù)， 所以這里用到了 lcd1602液晶屏，這個液晶屏的優(yōu)點在于自帶字庫，且易于控制顯示位 置，基本上達到了設計的要求。同時，在做整個課程設計的過程中，也遇到了諸多問題：第一，液晶無法正常顯示，會出現(xiàn)“鬼影”，通過改變3腳連接的電位器，和檢查 RS、RW、E三根引腳，解決了液晶顯示問題。第二，溫度上下限報警范圍在 0C+ 50C，難以繼續(xù)擴大。參考文獻1 李光飛單片機課程設計實例指導北京：北京航空航天大學出版社，2004:105-106.2 余永權.ATMEL系列單片機應用技術.北京：北京航空航天大學出版社，2002:25- 26 .3 張毅剛.單片機原理及應用.北京：高等教育出版社，2004: 31