毕业设计(论文)-基于IDC系统的机房环境温度的智能监控的调整改造方案(58页).doc
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1、-毕业设计(论文)-基于IDC系统的机房环境温度的智能监控的调整改造方案-第 58 页毕 业 论 文毕业设计:基于IDC系统的机房环境温度的智能监控的调整改造方案学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二级学院 2009315 终 稿摘要: DS18B20是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20可以程序设定912位的分辨率,精度为0.5C,自带AD转换。我们现利用单片机与18B20进行总线通信,然后经单片机对采集到的温度信号经过计算,送给显示设备显示。当温度高于40度时,或者低于10度时,高
2、温或低温报警。关键词:18B20;AT89C51;单总线;LM032LAbstract: DS18B20 is the worlds first to support a frontline Bus interface temperature sensor. Bus line and the unique economic characteristics, so that users can easily set up sensor networks, the measurement system for the Construction of the introduction of new
3、concepts. DS18B20 can set up procedures for 9 to 12 of resolution, accuracy to 0.5 C, built AD converter. We are using a MCU and 18 B20 bus communication, and then collected by the MCU to the temperature signal, given to the display device display. When the temperature is above 40 degrees, or below
4、10 degrees, hot or cold alarm. Key words: 18 B20; AT89C51; single bus; LM032L一.前 言4u课题介绍4u其主要功能和指标如下:5u课题研究的目的、意义5u单片机最小系统6u本课题所做的主要工作7二.环境温度的智能监控的硬件组成7uAT89C51单片机工作原理7u单片机的发展,MCS-48系列单片机:8uLED的工作原理8u温度传感器DS18B20的工作原理9三.环境温度的智能监控的硬件电路的实现9u电路模块框图9u原理描述:10四.环境温度的智能监控的软件设计14u程序流程图14u温度测量子程序流流程图15u温度BCD
5、码转换子程序17u显示子程序流程图17u超限报警子程序流程图(略)18u系统功能模块的设置18u稳压直流电源的实现19uAT89C51单片机最小化系统的测试19u高温报警功能的实现(如下图所示)20u系统功能正常运行的实现20u系统的扩展21u工业方面21u民用方面(略)22五.结束语22u致 谢22u参考书目22六.附录:(程序清单)24u整机原理图24u程序1:测试及显示程序24u程序2:读18b20序列号程序66一. 前 言临近毕业之际,特以此设计告慰我留恋的大学生活,从此,我将从这里步入社会这所大学;从此,生活将掀开新的一页!u 课题介绍1 所选课题的题目及课题来源随着“信息时代”的到
6、来,作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此,了解并掌握传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了红外抄表系统。文中把传感器理论与单片机实际应用有机结合,详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度,以及实现红外数据传输的过程。本设计应用性比较强,只要对电路部分稍加改装,就可以实现抄读其它的数字仪表设备
7、:如数字电度表,数字水表等等。设计后的系统具有操作方便,控制灵活等优点。u 其主要功能和指标如下:1、利用温度传感器(DS18B20)测量某一点环境温度;2、测量范围为5599,精度为0.5; 3、用4位数码管进行显示实际温度值显示;设计的核心是环境温度的测量采集和接收,以及温度的显示。文中对每个部分功能、实现过程作了详细地介绍。u 课题研究的目的、意义本系统由单片机和数字式单总线温度传感器构成。其具有下列特点:具有高的测量精度和分辨率,测量范围大;抗干扰能力强,稳定性好;信号易于处理、传送和自动控制;便于动态及多路测量,读数直观;安装方便,维护简单,工作可靠性高。单总线温度传感器可以采用DA
8、LLAS公司生产的DS18B20系列,这类温度传感器直接输出数字信号,且多路温度传感器可以挂在1条总线上,共同占用单片机的1个I/O口即可实现。在提升单片机I/O口驱动能力的前提下,理论上可以任意扩充检测的温度点数。本课题研究的目的:实现温度测量的低成本,高效率,高可靠性。u 单片机最小系统1 单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。 对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个51单片机的最小系统电路图(图1): 图12 详细说明如下:(1) 复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合电容电压不能突变的性质,可以
9、知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C取10u,R取10K。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍。(2) 晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作),在本电路中,取12M。(3) 单片机:一片AT89S51/52或其他
10、51系列兼容单片机。对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。1) 单片机的共40个引脚功总共40个脚,电源用2个(Vcc和GND),晶振用2个,复位1个,EA/Vpp用1个,剩下还有34个。29脚PSEN,30脚ALE为外扩数据/程序存储器时才有特定用处,一般情况下不用考虑,这样,就只剩下32个引脚,它们是: P0端口P0.0 - P0.7共8个; P1端口P1.0 - P1.7共8个; P2端口P2.0 - P2.7共8个; P3端口P3.0 - P3.7共8个;u 本课题所做的主要工
11、作本课题的主要工作:利用单片机最小系统外加尽可能少的元器件1 实现温度测量的低成本,高效率,高可靠性。2 提供一种更新颖更合理的温度测量方法。二. 环境温度的智能监控的硬件组成u AT89C51单片机工作原理1. 单片机的雏形:MCS-48单片机是美国INTE公司于1976年推出,它是现代单片机的雏形,包含了数字处理的全部功能,外接一定的附加外围芯片即构成完整的微型计算机,其主要的功能特征为: 8位CPU(中央处理器)、内置程序存储器(ROM)、随机存取数据存储器(RAM)和输入输出端口(I/O)全部集成在单一的芯片上而构成了完整的微型计算机。1) 8位CPU。2) 双列直插40PinDIP封
12、装。3) 所有指令均为1-2个机器周期。4) 96条指令,大部分为单字节指令。5) 2个工作寄存器。6) 2个可编程定时/计数器。7) 8层堆栈。8) 单一+5V电源供电。使用6MHz外接石英晶体管振荡器,此时机器周期为2.5us。u 单片机的发展,MCS-48系列单片机:8048和8748是最早期的产品,8048本身具有64x8位RAM,1kx8位的ROM,而后期的8049中的RAM大到256字节,ROM却增加到了4kBytes,这个成绩在当时是相当可喜的。还有一类的产品本身是不带程序存储器的,象8035和8039,它的程序存储器只能外接,当时常用的是EPROM(紫外线擦除电写只读程序存储器
13、)一类的ROM。 MCS-48系列单片机还有几个产品,象8021和8022单片机,8021该系列中的低价型单片机,而8022则是包含了单片机所有功能,并集成了A/D转换器的产品。 现在MCS-48系列单片机已完全退出了历史舞台,由MCS-51系列单片机取而代之。u LED的工作原理(1)LED介绍LED是一种较为常用的发光元件。目前以LED为发光元件而研制的显示屏应用可作为实时工业控制系统中的远距离实时信息显示器,对高要求的工艺流程进行实时显示。目前,LED显示器的主要形式有两种,一种是能够显示各种字符、汉字和图像信息的阵列式LED。另一种则是只能显示09这10个阿拉伯数字及少数几个英文字母的
14、数码式LED,即八段数码管。尽管阵列式LED从功能上来说完全取代数码式LED,但由于前者的成本造价要比后者高得多,实现方法要比后者复杂,故在很多场合还经常用到数码式LED。 (2)本电路采用共阴的七段LED。u 温度传感器DS18B20的工作原理(1)DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传
15、感器 同DS1820一样,DS18B20也 支持“一线总线”接口,测量温度范围为 -55C+125C,在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持3V5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜,体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率,精度为0.5C。可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定,及用户设定
16、的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的!性能价格比也非常出色! DS1822与 DS18B20软件兼容,是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM,精度降低为2C,适用于对性能要求不高,成本控制严格的应用,是经济型产品。 继“一线总线”的早期产品后,DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择,让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。(2)基于DS18B20 的这些优势,本设计选择以此为传感元件。三. 环境温度的智能监控的硬件电路的实现u 电路模块框
17、图硬件框图S51LCD显 示温 度 传 感 器单片机复位振荡电路超限报警本电路采用基于MCS-51单片机,用LM032L进行显示的硬件设计方法,电路硬件模块图如下:u 原理描述:DS18B20数字温度传感器提供9位(二进制)温度读数,指示器件温度,所以无需A/D转换。信息经过单线接口送入DS18B20 或从DS18B20送出,因此从主机CPU到DS18B20仅需一条线连接,而且DS18B20的电源可由数据线本身提供(相对于外部电源,转换时间要延长)。因此每一个DS18B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此从理论上说任意多个DS18B20可以连接在一条单线总线上。DS18B20的测量范围从-55
18、到+125,增量为0.5(最高精度可达0.1),转换速度小于1s(典型值)。而在本遥测系统中采用外部电源供电温度测量工作方式,其中电阻R是上拉电阻,使得单线总线的空闲状态是高电平。它与CPU(AT89C51)的接法如图2。 5 5VDS18B20与单片机的连接由于DS18B20只有一根数据线。因此它和主机(单片机)通信是需要串行通信,而AT89C51有两个串行端口,所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DC18B20必须遵循如下协议:初始化、ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作,一切处理均从序列开始。主机发送(Tx)-复位脉冲(最短为480s的低电平信号)。接着主机便
19、释放此线并进入接收方式(Rx)。总线经过4.7K的上拉电阻被拉至高电平状态。在检测到I/O引脚上的上升沿之后,DS18B20等待15-60s,并且接着发送脉冲(60-240s的低电平信号)。然后以存在复位脉冲表示DS18B20已经准备好发送或接收,然后给出正确的ROM命令和存储操作命令的数据。DS18B20通过使用时间片来读出和写入数据,时间片用于处理数据位和进行何种指定操作的命令。它有写时间片和读时间片两种。写时间片:当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时,产生写时间片。有两种类型的写时间片:写1时间片和写0时间片。所有时间片必须有60微秒的持续期,在各写周期之间必须有最短为1微秒的恢复
20、时间。读时间片:从DS18B20读数据时,使用读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时产生读时间片。数据线在逻辑低电平必须保持至少1微秒;来自DS18B20的输出数据在时间下降沿之后的15微秒内有效。为了读出从读时间片开始算起15微秒的状态,主机必须停止把引脚驱动拉至低电平。在时间片结束时,I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回高电平,所有读时间片的最短持续期为60微秒,包括两个读周期间至少1s的恢复时间。一旦主机检测到DS18B20的存在,它便可以发送一个器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均为8位长。DS18B20的引脚定义和封装形式如图3所示。DQ为数字信号输入/输出端;GND为
21、电源地;VDD为外接电源。DS18B20的光刻ROM中存有64位序列号,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后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拥有惟一的地址序列码,以确保在一根总线上挂接多个DS18B20。所有的串行通讯,读写每一个bit位数据都必须严格遵守器件的时序逻辑来编程,同时还必须遵守总线命令序列,对单总线的DS18B20芯片来说,访问每个器件都要遵守下列命令序列:首先是初始化;其次执行ROM命令;最后
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