2022年河南理工大学多机温度检测系统方案设计书_3.docx
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1、精品学习资源河南理工高校单片机应用与仿真训练设计报告题目:多机温度检测系统设计姓 名:卢超学 号: 3212080103xx 专业班级:电气本 12-03 指导老师:王 莉所在学院: 电气工程与自动化学院2021 年 05 月 20 日欢迎下载精品学习资源摘要在生产生活中,温度是一个很重要的量,所以温度检测是不行缺少的;在单片机的应用中,一个很重要的应用就是对温度进行检测;本设计第一介绍温度测量的相关学问,接着介绍实现温度检测所必需的器件,并且给出硬件的原理图,然后逐步分析程序的各个主要模块以及程序的全貌,最终将总结一下本设计的技巧;本设计是以 AT89S52 单片机为掌握核心,利用新型一线制
2、温度传感器DS18B20 测量温度值,实现环境温度的检测和报警;系统测温范畴为-40 +85,测量精度为 0.5 ;用户可以自定义报警上、下限,一旦温度超过极限值,单片机便启动声光报警;该系统精度高、测温范畴广、报警准时,可广泛应用于基于单片机的测温报警场合;系统抗干扰性强、设计敏捷便利,适合在恶劣的环境下进行温度测量;系统硬件电路包括传感器数据采集、温度显示、模式挑选、上、下限报警主电路等;整个装置的掌握核心是 AT89S52 单片机;温度传感器 DS18B20 采纳外部电源供电,传感器输出引脚直接和单片机相连;电路支持模式挑选功能,可以挑选设定报警极限值或显示当前温度值;当被测温度越限时,
3、报警主电路产生声光报警;拨动开关可以对设定报警极限值进行写爱护;采纳2 片单片机,组成多机温度检测系统;下位单片机采集温度,通过串行通信传送至上位单片机;上位单片机用数码管显示温度大小;基本范畴0100;精度误差小于 0.5 ;可以任意设定温度的上下限报警功能关 键 字 : AT89S52; DS18B20 温 度 传 感 器 ; 数 码 管 ; 测 温 报 警欢迎下载精品学习资源目录摘要 21. 概述 41 系统概述 42 系统方案设计 52.1 主掌握部分设计 52.2 传感器部分设计 63 系统总体方案及硬件设计143.1 AT89S52 单片机的最小相系统 143.2 DS18B20
4、的 I/O 接线图 153.3 数据显示部分 153.4 整体电路 154 软件设计 154.1 概述 154.2 主程序方案 164.3 DS18B20 的相处理子程序 164.4 各模块工作流程图 175 Proteus 软件仿真 276 课程设计技巧总结 297 参考文献 30欢迎下载精品学习资源1. 概述1.1 设计应用背景在现代社会,不管是在工农业生产仍是在人们的日常生活中,对温度的测量及掌握都扮演着很重要的角色;第一让我们明白一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域:电力、电讯设备之过热故障预知检测,空调系统的温度检测,保全与监视系统之应用,医疗与健诊的温度测试,化工、机械等设备温
5、度过热测;温度检测系统应用特别宽阔;单片机的产生,使运算机正式形成了通用运算机系统和嵌入式运算机系统的分支;温度检测系统的应用遍布社会生活的各个层面;1.2 系统概述本设计运用主从分布式思想,由上位机,下位机多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统;该系统采纳RS-232串行通讯标准,通过上位机掌握下位机进行现场温度采集;温度值由下位机单独工作,实时显示当前各点的温度值,对各点进行掌握;上位机采纳的是单片机基于数字温度传感器 DS18B20的系统; DS18B20利用单总线的特点可以便利的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计敏捷、便利,而且适合于在
6、恶劣的环境下进行现场温度测量;本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合;如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温掌握程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等;温度检测系统有就共同的特点:测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等;如采纳一般温度传感器采集温度信号,就需要设计信号调理电 路、 A/D 转换及相应的接口电路,才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到运算机去处理;这样,由于各种因素会造成检测系统较大的偏差;又由于检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响,会使检测系统的稳固性和牢靠性下降;所以多点温度检测系统的设计的关键在于两
7、部分: 温度传感器的挑选和主控单元的设计;温度传感器应用范畴广泛、使用数量庞欢迎下载精品学习资源大,也高居各类传感器之首;2 系统方案设计2.1 主掌握部分设计此设计采纳 AT89S52 八位单片机实现;单片机软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和规律掌握;而且体积小,硬件实现简洁,安装便利;既可以单独对多DS18B20掌握工作,仍可以与 PC机通信. 运用主从分布式思想,由一台上位机,下位机多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统 , 实现远程掌握;另外AT89S52在工业掌握上也有着广泛的应用,编程技术及外围功能电路的协作使用都很成熟2.1.1 对 STC
8、功能的熟悉AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS8位微掌握器,具有 8K 在系统可编程 Flash储备器; 89C51 产品指令和引脚完全兼容;片上Flash答应程序储备器在系统可编程,亦适于常规编程器;在单芯片上,拥有敏捷的8 位 CPU和在系统可编程 Flash ,使得 AT89S52 为众多嵌入式掌握应用系统供应高敏捷、超有效的解决方案; AT89S52 具有以下标准功能: 8k字节 Flash , 256 字节 RAM, 32 位 I/O口线,看门狗定时器, 2 个数据指针,三个 16 位定时器 / 计数器,一个 6 向量 2 级中断结构,全双工串行口,片内晶振准时钟电路;另外,
9、可降至 0Hz 静态规律操作,支持 2 种软件可挑选节电模式;闲暇模式下,CPU停止工作,答应 RAM、定时器 / 计数器、串口、中断连续工作;掉电爱护方式下, RAM内容被储存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止;欢迎下载精品学习资源图 1 AT89S522.2 传感器部分设计该设计采纳温度芯片DS18B20作为传感器测量温度;在多点测温系统中, 传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换,而为了获得较高的测温精度,就必需采纳措施解决由长线传输,多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题;采纳数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化;便于
10、单片机处理及掌握,省去传统的测温方法的许多外围电路;且该芯片的物理化学性很稳固,它能用做工业测温元件,此元件线形较好;在0100 摄氏度时,最大线形偏差小于1 摄氏度; DS18B20的最大特点之一采纳了单总线的数据传输,由数字温度计 DS18B20和微掌握器 AT89S52构成的温度测量装置 , 它直接输出温度的数字信号 , 可直接与运算机连接;这样 , 测温系统的结构就比欢迎下载精品学习资源较简洁 , 体积也不大 , 且由于 AT89S52 可以带多个 DSB18B20因,实现多点测量 . 轻松的组建传感器网络;此可以特别简洁欢迎下载精品学习资源采纳温度芯片DS18B20测量温度,可以表达
11、系统芯片化这个趋势;部分功能电路的集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快;而且,集成 块的使用,有效地防止外界的干扰,提高测量电路的精确度;所以集成芯片的 使用将成为电路进展的一种趋势;本方案应用这一温度芯片,也是顺应这一趋欢迎下载精品学习资源势;综上所述 , 温度传感器以及主控部分都采纳其次方案;系统采纳针对传统温度测温系统测温点少,系统兼容性及扩展性较差的特 点,运用分布式通讯的思想;设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检 测系统;该系统采纳的是 RS-232 串行通讯的标准,通过上位机进行现场的温度采集,温度数据既可以由下位机模块实时显示,也可以送回上位机进行数据处 理,具
12、有巡检速度快,扩展性好,成本低的特点;2.2.1 温度传感器 DS18B20介绍在本设计中使用的温度传感器是DS18B20 ,下面对 DS18B20 做简洁的介绍;如图 1 所示, DS18B20 一线式数字温度传感器,由DS18B20 的外观图可见,它有3 个管脚TO 92 小体积封装形式,脚GND 接地,脚 DQ 是一线总线,是数字信号输入输出端, 和单片机相连接,由单片机掌握,管脚VDD是电源,外接供电电源;测温辨论率可达0.0625,被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可采纳寄生电源方式产生;CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信,
13、占用微处理器的端口少,可节约大量的引线和规律电路; DS18B20 的主要特性适应电压范畴更宽,电压范畴:3.05.5V ,在寄生电源方式下可由数据线供电;特殊的单线接口方式,DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯; DS18B20 支持多点组网功能,多个DS18B20 可以并联在唯独的三线上,实现组网多点测温; DS18B20 在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内;温范畴 55 125,在 -10 +85 时精度为 0.5;可编程的辨论率为9 12 位,对应的可辨论温度分别为0.5 、 0.
14、25 、 0.125 和0.0625,可实现高精度测温;在 9 位辨论率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字,12 位辨论率时最多在750ms 内把温度值转换为数字,速度更快; DS18B20的外观图欢迎下载精品学习资源图 1 DS18B20的外观图DS18B20 内部结构主要由四部分组成: 64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和 TL、配置寄存器; DS18B20的形状及管脚排列如上图;DS18B20引脚定义:DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地);图 2: DS18B20内部结构图DS18B20有
15、4 个主要的数据部件:光刻 ROM中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码; 64 位光刻 ROM的排列是:开头 8 位( 28H)是产品类型标号,接着的 48 位是该 DS18B20自身的序列号,最终 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码( CRC=X8+X5+X4)+1;光刻 ROM的作用是使每一个 DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的; DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以 12 位转化为例:用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式供应,以 0.0625 /LSB 形式表达,其中 S 为符号
16、位;欢迎下载精品学习资源表 1: DS18B20 温度值格式表这是 12 位转化后得到的 12 位数据,储备在 18B20 的两个 8 比特的 RAM中,二进制中的前面 5 位是符号位,假如测得的温度大于0,这 5 位为 0,只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度;假如温度小于数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度;表 2: DS18B20 温度数据表0,这 5 位为 1,测到的例如 +125的数字输出为07D0H0x7D, +25.0625 的数字输出为0191H, - 25.0625 的数字输出为 FE6FH,-55 的数字输出为 FC90H; DS18B
17、20温度传感器的储备器DS18B20温度传感器的内部储备器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM后, 者存放高温度和低温度触发器TH、TL 和结构寄存器;配置寄存器该字节各位的意义如下: 表 3: 配置寄存器结构欢迎下载精品学习资源TMR1R011111低五位始终都是 1 , TM 是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式仍是在测试模式;在 DS18B20出厂时该位被设置为0,用户不要去改动; R1 和 R0 用来设置辨论率,如下表所示:( DS18B20出厂时被设置为 12 位)表 4: 温度辨论率设置表R1R0辨论率温度最大转换时间009 位93.75ms01
18、10 位187.5ms1011 位375ms1112 位750ms高速暂存储备器高速暂存储备器由 9 个字节组成,其安排如表5 所示;当温度转换命令发布后,经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存储备器的第0 和第 1 个字节; 单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后,数据格式如表 1 所示;对应的温度运算:当符号位S=0 时,直接将二进制位转换为十进制;当 S =1 时,先将补码变为原码,再运算十进制值;表2 是对应的一部分温度值;第九个字节是冗余检验字节;表 5: DS18B20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位(LS Byte )0温度值高位(MS By
19、te)1高温限值( TH)2低温限值( TL)3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8依据 DS18B20的通讯协议,主机(单片机)掌握DS18B20完成温度转换必欢迎下载精品学习资源须经过三个步骤:每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作,复位胜利后发送一条 ROM指令,最终发送 RAM指令,这样才能对 DS18B20进行预定的操作;复位要求主 CPU将数据线下拉 500 微秒,然后释放,当 DS18B20收到信号后等待 1660 微秒左右后发出 60240 微秒的存在低脉冲,主 CPU收到此信号表示复位胜利;表 6: ROM指令表指 令约 定代码 功 能读 ROM33H读 DS
20、1820温度传感器 ROM中的编码(即 64 位地址)欢迎下载精品学习资源符合 ROM 55H搜寻发出此命令之后,接着发出 64 位 ROM 编码,拜访单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应,为下一步对该 DS1820 的读写作预备;用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64欢迎下载精品学习资源ROM 0FOH位 ROM地址;为操作各器件作好预备;忽视 64 位 ROM地址,直接向 DS1820发温度变换命令;跳过 ROM 0CCH适用于单片工作;欢迎下载精品学习资源告警搜寻命令0ECH 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应;欢迎下载精品学习资源表
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- 2022 河南 理工大学 温度 检测 系统 方案设计 _3
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