药品库温度监控器设计课程设计057843.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流药品库温度监控器设计课程设计057843.精品文档.单片机原理及接口技术 课程设计(论文)题目: 药品库温度监控器设计 课程设计(论文)任务及评语院(系):电气工程学院 教研室: 学 号120303019学生姓名王胜专业班级电气121课程设计(论文)题目药品库温度监控器设计课程设计(论文)任务该控制器实时监控药品库的温度,温度检测点4点,并配有4个晶闸管输出控制点,可控制加热设备,温度检测范围-1060,精度0.5。 设计任务:1. CPU最小系统设计(包括CPU选择,晶振电路,复位电路)2. 温度传感器选择及模数转换电路设计3. 开关量输出
2、电路以及电源电路设计4 程序流程图设计及程序清单清编写技术参数:1温度监测点4个,温度检测范围-1060,精度0.52工作电源220V设计要求:1、分析系统功能,选择合适的单片机及传感器,模拟量检测电路设计等;2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图;3、按规定格式,撰写、打印设计说明书一份,其中程序开发要有详细的软件设计说明,详细阐述系统的工作过程,字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5天 温度传感器选择及模数转换电路设计第6天开关量输出电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第
3、10天 答辩指导教师评语及成绩 平时: 论文质量: 答辩: 总成绩: 指导教师签字: 年 月 日注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要本文针对药品库温度监控器的设计是以AT89C51单片机为主控器,温度传感器采集的温度数据存入扩展数据存储器6116中,单片机进行数据处理,最后将温度数据通过LED进行显示以及系统报警等。相关设备实现通过温度传感器DB18B20的多路数据采集和监测的原理与结构,将模拟量直接转换为数字量传送给单片机进行分析处理。该设计设有温度监测点4个,并配有4个晶闸管输出控制点,从而可控制加热设备,其中温度范围为-1060,精度0.5。本次设计意义在
4、于能更好的保存药品的质量,提高人民的生活质量。关键词:AT89C51;DB18B20;药品库监控器目 录第1章 绪论51.1 药品库温度监控器设计概况51.2 本文研究内容5第2章 CPU最小系统设计62.1 药品库温度监控器总体设计方案62.2 CPU的选择72.3 数据存储器扩展72.4 复位电路设计82.5 时钟电路设计92.6 CPU最小系统图10第3章 药品库输入输出接口电路电路设计113.1 DSl8B20数字温度传感器的选择113.2 晶闸管输出接口控制电路设计123.3 报警电路设计133.4 人机对话接口电路设计133.4.1 键盘控制133.4.2 LED显示14第4章 药
5、品库温度监测器软件设计154.1 软件实现功能综述154.2 流程图设计154.2.1 主程序流程图设计154.2.2 温度监控器流程图设计164.3 程序清单17第5章 系统设计与分析215.1 系统原理图215.2 系统原理综述22第6章 课程设计总结23参考文献24第1章 绪论1.1 药品库温度监控器设计概况温度度是影响环境质量的重要因素,空气中相对湿度的大小会对环境中的人和物产生相应的影响。温度监控是现代环境监控技术的重要组成部分,在工业领域,对于保证产品质量、节约自然能源和安全生产等方面起着关键的作用。因此能够确保快速、准确地监控湿度的装置也受到越来越多行业的青睐。因此,温度监控器的
6、研究对人们的生活环境、工作环境以及工业生产的发展都具有非常重要的意义。药品储存阴凉库、冷库应配有自动监测、显示和记录温湿度状况及自动报警的设备,要求自动记录间隔应在半小时以内,同时还要求所安装的温度探头能真实反映该仓库的温度分布情况。而我国在“开办药品批发企业验收实施标准(试行)”里的规定-企业有适宜药品分类保管和符合药品储存要求的常温库、阴凉库、冷库。其中常温库温度为030,阴凉库温度020,冷库温度为210;这就需要企业要有相关的在线监测控制系统来保证达到药品储存规定的温度要求。药品库温度监控器的使用便于企业质量管理负责人随时检查药品库各区域温度情况,及时发现问题并自动采取升降温等措施。本
7、文设计了以AT89C51单片机为主控制器的智能监控系统,通过该系统可以对环境温度进行观测,并能进行自动控制和适时监测,并利用声音和灯光进行越限报警及相应的处理。药品库的建立对于建立国家的节约型战略计划具有积极意义,有效的降低了储存药品过程中的成本,同时还保证了药品的安全,提高了人民群众的生活质量。1.2 本文研究内容系统以AT89C51单片机为主控器,通过扩展A/D模数转换器以及数据存储器,最后将温度数据通过单片机LED进行显示以及系统报警等。相关设备实现多路数据采集和监测的原理与结构。本次设计设有温度监测点4个,并配有4个晶闸管输出控制点,从而可控制加热设备,其中温度范围为-1060,精度0
8、.5。单片机最小系统由复位电路、晶振电路组成。本设计为药品库房提供了精确的温度控制,更有利于药品的长期存储。第2章 CPU最小系统设计2.1 药品库温度监控器总体设计方案设计时,考虑温度是由传感器把非电量转换为电量,传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定,外部干扰小等。因此,可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外,还需接人LED显示,报警电路,电源电路、晶振电路、复位电路、接口电路。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统,软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计
9、、软件设计等几个阶段。设计的药品库温度监控器应具有如下特点:(1)数据采集系统以单片机为控制核心,外围电路带有LED显示以及晶闸管控制电路,无需要其他计算机,用户就可以与之进行交互工作,完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。(2)系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。(3)从便携式的角度出发,系统成功使用了LED数码管显示器,需要简单易携带。(4)软件设计简单易懂,可读性强。其系统组成框图如图2.1所示。被测环境温度传感器A/D转换电路单片机声光报警电路LED显示晶闸管控制电路图2.1 基本工作原理图2.2 CPU的选择单片机自从问世以来,它一直是工业检测、控制应用的主角。市场上常用的单片
10、机有Intel公司的MCS-51系列,日本松下公司的MN6800系列等。其中,MCS-51由于单片机应用系统具有体积小,可靠性高,功能强,价格低等特点,很容易形成产品而更受青睐。89C51单片机为EPROM型,在实际电路中可以直接互换8051单片机或8751单片机,不但和8051单片机指令,管脚完全兼容,而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的,它是一种低功耗高性能的具有8K字节可电气烧录及可擦除的程序ROM的八位CMOS单片机,从使用方便与简化电路以及其性价比等角度来考虑,89C51比较合适的 。89C51管脚图如图2.2所示。图2.2 89C51 管脚图2.3 数据存储器扩展在药品库监
11、控器应用中仅靠这128字节的数据存储器是远远不够的。这种情况下可利用MCS-51单片机所具有的扩展功能,扩展外部数据存储器。MCS-51系列单片机最大可扩展64K字节。常用的数据存储器有静态数据存储器RAM和动态数据存储器,由于在实际应用中,需要扩展的容量不大,所以一般采用静态RAM,如SRAM 61166264等。6116是2K*8位静态随机存储器,采用CMOS工艺制造,单一+5V电源供电,额定功耗160mW,典型存取时间200ms,为24线双列直插式封装。当单片机控制系统采用多片存储器芯片时,比较简单的一种方法是采用线选法寻址。线选法的特点是连接简单,不必专门设计逻辑电路,在简单的场合有实
12、用价值,只是芯片占的空间不紧凑,地址空间利用率低,并且可作片选的高位地址线有限,只能连接几个芯片。译码法是由译码器组成译码电路,译码电路将地址空间划分若干块,其输出端分别选通一片存储器芯片,既充分利用存储空间,又避免空间分散的缺点.常用译码器有74LS138和74LS139.本系统只需要拓展一片数据存储器,所以用线选法即可,扩展如图2.3所示。图2.3 AT89C51与存储器芯片6116的扩展图2.4 复位电路设计单片机的复位状态:单片机运行出错或进入死循环时,可按复位键重新运行。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的,在时钟电路工作后,只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲(两
13、个机器周期)以上的高电平,单片机就能实现复位。为了保证但单片机可靠复位,在设计复位电路时,一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平,单片机便可以可靠地复位。当RESET从高电平变为低电平以后,单片机从0000H地址开始执行程序。在复位有效期间,ALE和PSEN引脚输出高电平。8051外进入复位状态后,21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值,除SP为07H,P0P3为FFH ,其余均为0。简单的复位电路有上电复位和手动复位两种。为了保证复位电路可靠地工作,也可以采用专用的复位电路芯片。本文采用按键式复位电路,电路图如图2.4所示。图2.4 按键电平复位2.5 时钟电路设计时钟电路是用来产生
14、AT89C51单片机工作时所必须的时钟信号,AT89C51本身就是一个复杂的同步时序电路,为保证工作方式的实现,AT89C51在唯一的时钟信号的控制下严格的按时执行指令进行工作,时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式:内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2,他们跨接在晶体振荡器的用于微调的电容,便构成了一个自激励振荡器。电路中的C1,C2的选择在30PF左右,但电容太小会影响振荡的频率,稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ12MHZ之间,频率
15、越高单片机的速度就越快,但对存储器要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容,采用晶振频率为12MHZ。本次系统的时钟电路设计如图2.5所示。图2.5 振荡电路2.6 CPU最小系统图图2.6 最小系统图第3章 药品库输入输出接口电路电路设计3.1 DSl8B20数字温度传感器的选择目前,在工业控制的很多领域,温度监控普遍是利用热敏电阻组成的测温电路,经过AD与DA转换后实现测温,但是由于热敏电阻的不稳定性,导致测温易受外界干扰、且精度不高。DSl8B20数字温度传感器是Dallas公司生产的1一Wire,即单总线器件,具有线路简单、体积小的特点。因此用他组成一个测温系统,具有线
16、路简单,在1根通信线可以挂很多这样的数字温度传感器,十分方便。1) DSl8B20性能特点11 DSl8820特性及引脚分布DSl8820测温范围在一55+125;转换精度912位进制数,可编程确定转换的位数;测温分辨率为9位精度为05,12位精度为0062 5;转换时间:9位精度为9375 ms、10位精度为1875 ms、12位精度为750 ms;内部有温度上、下限告警设置。DSl8820采用TO一92封装模式.12 DSl8B20的内部结构主要包括温度传感器、64位激光ROM单线单口、存放中间数据的高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器
17、等。2)单总线技术特性单总线即只有1根数据线,系统的数据交换、控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线,以允许设备在不发送数据时能够释放总线,而让其他设备使用总线。所有的单总线器件都要遵循严格的通信协议,以保证数据的完整性,基本的通信过程如下:主机通过拉低单总线至少480 ps产生Tx复位脉冲;然后由主机释放总线,并进入Rx接收模式。主机释放总线时,会产生一由低电平跳变为高电平的上升沿;单总线器件检测到该上升沿后,延时1560弘s;单总线器件通过拉低总线60240 ps产生应答脉冲;主机接收到从机的应答脉冲后,说明有单总线器件在线,然后主机就可以开始对从机进行ROM
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