2022年河南理工大学多机温度检测系统方案设计书2.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多机温度检测系统设计姓 名:李汀立/韩福霞学 号: 310808030114/310808030102专业班级:电信 08-1指导老师:王新/张雄伟所在学院: 电气工程与自动化学院2021年 11 月 22 日欢迎下载精品学习资源摘要本设计是以 AT89S52 单片机为掌握核心,利用新型一线制温度传感器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
2、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,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
3、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 41.1 课题背景 错误!未定义书签;1.2 系统概述 4 2 系统方案设计 52.1 主掌握部分设计52.2 传感器部分设计3 系统总体方案及硬件设计6143.1 AT89S52 单片机的最小相系统143.2 DS18B20 的 I/O 接线图 153.3 数据显示部分 163.4 整体电路 16 4 软件设计 164.1 概述 164.2 主程序方案 174.3 DS18B20 的相处理子程序174.4 各模块工作流程图19 5 P
4、roteus 软件仿真 226 课程设计体会 227 参考文献 23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
5、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
6、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部分:欢迎下载精品学习资源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、使用数量巨大,也高居各类传感器之首;2 系统方案设计2.1 主掌握部分设计方案一:此方案采纳 PC 机实现;它可在线编程,可在线仿真
7、的功能,这让调试变得便利;且人机交互友好;但是PC机输出信号不能直接与 DS18B20通信;需要通过 RS232 电平转换兼容,硬件的合成在线调试,较为繁琐,很不简便;而且在一些环境比较恶劣的场合, PC 机的体积大,携带安装不便利,性能不稳固,给工程带来许多麻烦!方案二:此方案采纳 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
8、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
9、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,可降欢迎下载精品学习资源至 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;图 1 AT89S522.2 传感器部分设计方案一:采纳热敏电阻,可满意40 摄氏度至 90 摄氏度测量范畴,但热敏电阻精度、重复性、牢靠性较差,对于检测1 摄氏度的信号是不适用的;而且在温度测量系统中 , 采纳单片温度传
10、感器 , 比如 AD590,LM35 等. 但这些芯片输出的都是模拟信号 , 必需经过 A/D 转换后才能送给运算机 , 这样就使得测温装置的结构较复杂. 另外, 这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器, 不能进行多点测量 . 即使能实现,也要用到复杂的算法,肯定程度上也增加了软件实现的难度;方案二: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 转欢迎下载精品学习资源换,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;便于单片机处理及掌握,省去传统的测温方法的
11、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DS1820 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较简洁 , 体积也不大 , 且由于 AT89S52可以带多个DSB1820因,此可以特别简洁实现多点测量 . 轻松的组建传感器网络;采纳温度芯片DS18B20测量温度,可以表达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;
12、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 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,具有巡检速度快,扩展性好,成本低的特点;2.2.1 对数字温度传感器DS18B20 功能的熟悉DS18B
13、20一线式数字温度传感器,具有3 引脚 TO92 小体积封装形式;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,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: 3.0 5.5V ,在寄生电源方式下可由数据线供欢迎下载精品学习资源电;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
14、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 、0.25 、 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的形状图 1 DS18B20的形状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
15、 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内部结构图欢迎下载精品学习资源DS18B20有 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
16、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 为符号位;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 0,这 5 位为 1,测到的数值需要取反加 1 再乘于 0
17、.0625 即可得到实际温度;表 2: DS18B20 温度数据表欢迎下载精品学习资源例如 +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;、DS18B20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TMR1R011111低五位始终都是 1 , TM 是测试模式位,用于设置DS18B20在
18、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93.75ms0110 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;当温度转换命令发欢迎下载精品学习资源布后,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
19、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 Byte)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完成温度转换必需经过三个步骤: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
20、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 DS1820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
21、 ROM地址;为操作各器件作好预备;欢迎下载精品学习资源忽视 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 7: RAM指令表指 令商定代码功 能欢迎下载精品学习资源温 度 变换44H启动 DS1820 进行温度转换, 12 位转换时最长为750ms9 位为 93.75ms ;结果存入内部 9 字节 RAM中欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源读 暂 存器写 暂 存0BEH读内部 RAM中 9 字节的内容发出向内部 RAM的
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- 2022 河南 理工大学 温度 检测 系统 方案设计
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