多点温度检测系统课程设计.docx

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多点温度检测系统课程设计

摘要

在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。

首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：

消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，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检测。

温度检测系统应用十分广阔。

DS18B20是一种高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。

本文结合实际使用经验，介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。

关键字：

温度测量；单总线；数字温度传感器；单片机

第1章绪论

1.1系统背景

在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。

首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：

消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。

温度检测系统应用十分广阔。

1.2系统概述

本设计运用主从分布式思想，由一台PC微型计算机，单片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。

该系统采用RS-232串行通讯标准，通过PC机控制单片机进行现场温度采集。

温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。

也可以由单片机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。

单片机采用的是基于数字温度传感器DS18B20的系统。

DS18B20利用单总线的特点可以方便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、设计灵活、方便，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、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。

1.3系统设计方案

本设计方案以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。

采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。

它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。

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。

实际采用电路方案如下图1.1

图1.1总体电路方案

采用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方便的实现多点温度的测量，轻松地组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。

它有如下特点：

（1）独特的单线接口，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无需变换其他电路，直接输出被测温度值；

（2）多点能力使分布式温度检测应用得以简化；

（3）不需要外部元件；

（4）既可用数据线供电，也可采用外部电源供电；

（5）不需备份电源；

（6）测量范围为-20~125，固有测温分辨率为0.5；

（7）通过编程可实现9~12位的数字读数方式；

（8）用户可定义非易失性的温度告警设置；

（9）警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度警告情况）；

（10）应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。

以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。

根据DS18B20以上特点，此方案实现本课题较好。

第2章硬件设计

2.1单片机系统设计

本课题运用Intel公司的8051进行系统控制，运用到了复位电路、时钟电路、串口、I/O口。

89C51单片机串口主要有两个数据缓冲寄存器SBUF和一个输入移位寄存器组成，其内部还有一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发生器。

接收缓冲器与发送缓冲器占用同一个地址99H，其名称亦同样为SBUF。

单片机最小系统电路如图2.1

图2.1单片机最小系统

2.2显示电路设计

显示电路采用的是共阴极七段数码管。

显示方式有动态扫描和静态显示，两种方法在本设计中皆可。

由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到电路板成本计算。

本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。

即用两块芯片就可以完成显示功能。

显示数据由4511译码器输出，ULN2003为位驱动扫描信号。

显示电路如图2.2

图2.2显示电路

2.3键盘电路设计

本课题使用行列扫描方式，在单片机的P1口上连接上4*4的键盘，单片机扫描键盘，如果有键按下，单片机会根据键码执行相应的程序，使整个系统的功能更加完善。

键盘电路如图2.3

图2.3键盘电路

2.4报警电路设计

为了实现多点温度检测报警系统，本课题采用AT89C51单片机作为主控制器，采用扫描的方式对多点DS18B20温度传感器获取对应该位置的温度值，经处理后通过串口可以立即发送到上位机，如温度不在设定的范围内，给出报警信号。

电路如图2.4

图2.4报警电路

2.5通信模块设计

AT89C51有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。

进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。

PC机与单片机的串行通信接口电路如图2.5

图2.5串行通信接口电路

第3章软件设计

3.1软件实现

系统软件设计主要包括系统程序和流程图，根据整个系统的要求，完成温度的测量与控制必须经过以下几个步骤：

单片机接受传感器的温度信号，并通过MAX7219驱动显示出来，单片机扫描键盘，接受控制信号，并将温度显示出来，若温度不在范围内则发出报警。

程序流程如图3.1

图3.1总体程序流程图

3.2温度测量程序流程图:

温度测量程序首先复位DS18B20温度传感器，跳过ROM指令并发出温度转换指令。

换完毕后复位DS18B20再发出匹配DS18B20命令，发一个DS18B20序号然后读取温度值，当所有DS18B20全部访问完毕后，复位DS18B20，发出报警命令，如果有温度超出范围则报警，否则复位DS18B20。

电路程序流程图如图3.2

图3.2温度测量程序流程图

3.3键盘程序设计

根据本课题的系统要求，采用4*4的键盘电路结构，P1.0-P1.3接四条行线，P1.4-P1.7接四条列线，整个系统的功能可以利用16个按键将系统完善化、系统化，对于键盘各键的功能如图3.3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

循环

查询

图3.3键盘功能图

第4章系统设计与分析

系统原理图

系统原理电路图如附录Ⅰ图4.1。

系统原理综述

系统采用以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。

采用数字温度传感器DS18B20，它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。

通过七段数码管显示出来，并通过报警装置判断是否超出测温范围。

经过分析测量，本系统测量精度0.5℃，测温范围在-20℃～+125℃，实现了设计基本要求。

第5章

设计总结

本次课程设计主要是实现对温度进行多点同时测量并准确显示。

整个系统由单片机控制，要能够接受传感器的数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令选择对应的传感器，并由驱动电路驱动温度显示，对异常情况进行报警。

本次课程设计基本实现了设计要求，有多个温度检测器，测量精度0.5℃，测温范围在-20℃～+125℃。

并通过串行通信接口与外部PC机相连，并通过数码管及4511译码器显示出来。

通过这次课程的设计，将课本的知识实际应用，摆脱考试的局限，锻炼自己的解决问题的能力，独立思考能力。

本可设使我熟悉了单片机设计原则，对51系列单片机内部构造、与其它芯片的接口技术及其工作情况有了更进一步了解，虽然是很简单的运用，但比为了考试而瞬时记忆的知识牢固多了，工作需要独立解决问题的的能力，还是希望多一些这样的机会。

参考文献

[1]周慈航《单片机程序设计基础》北京：

北京航空航天大学出版社，2003

[2]方佩敏《智能化集成温度传感器原理与应用》北京：

电子工业出版社，2002

[3]张毅刚《单片机原理及应用》北京：

高等教育出版社，2008

[4]李道玲，李玲，朱艳《传感器电路分析与设计》武汉：

武汉大学出版社，2003

[5]刘笃人，韩保军《传感器及应用技术》西安：

西安电子科技大学出版社，2003

[6]陈小忠等《单片机接口技术实用子程序》北京：

人民邮电出版社，2005

[7]李群芳《单片机原理、接口及应用—嵌入式系统计数基础》北京：

清华大学出版社

附录Ⅰ：

整体电路图

图4.1总体电路图

附录Ⅱ：

器件清单

器件名称

器件数量

器件名称

器件数量

器件名称

器件数量

AT89C51

1

数码管

4

AT24C16

1

LED

1

电感

1

ULN2003

1

按键

9

晶振

1

4511

1

喇叭

1

20P电容

2

1Ω电阻

8

300Ω电阻

1

1u电解电容

6

10K电阻

8

10u电解电容

1

串行接口

1

DS18B20

8

MAX232

1

74LS151

1

0.1u电容

2

10K电阻

1

附录Ⅲ：

程序清单

;*************************************************************

;常数定义

;*************************************************************

TMELEQU0E0H；20ms，定时器0时间常数

TMEHEQU0B1H

TMEPHEADEQU36H

;*************************************************************

;工作内存定义

;*************************************************************

BITSTDATA20H

TIMEISOKBITBITST.1

TEMPONEOKBITBITST.2

TEMPLDATA26H

TEMPHDATA27H

TEMPHCDATA28H

TEMPLCDATA29H

;*************************************************************

;引脚定义

;*************************************************************

TEMPDINBITP3.7

;*************************************************************

;中断向量区

;*************************************************************

ORG000H

LJMPSTART

ORG00BH

LJMPT0IT

;****************************************************************

;系统初始化

;****************************************************************

ORG100H

START:

MOVSP,#60H

CLSMEM:

MOVR0,#20H

MOVR1,#60H

CLSMEM1:

MOV@R0,#00H

INCR0

DJNZR1,CLSMEM1

MOVTMOD,#00100001B

MOVTH0,#TIMEL

MOVTL0,#TIMEH

SJMPINIT

ERROR:

NOP

LJMPSTART

NOP

INIT:

NOP

SETBET0

SETBTR0

SETBEA

MOVPSW,#00H

CLRTEMPONEOK

LJMPMAIN

;****************************************************************

;定时器0中断服务程序

;****************************************************************

T0IT:

PUSHPSW

MOVPSW,#10H

MOVTH0,#TIMEH

MOVTL0,#TIMEL

INCR7

CJNER7,#32H，T0ITI

MOVR7,#00H

SETBTIMEISOK

TOIT1:

POPPSW

RETI

;****************************************************************

;主程序

;****************************************************************

MAIN:

LCALLDISP1

JNBTIME1SOK,MAIN

CLRTIME1SOK

JNBTEMPONEOK,MAIN2

LCALLREADTEMP1

LCALLCONVTEMP

LCALLDISPBCD

LCALLDISP1

MAIN2:

LCALLREADTEMP

SETBTEMPONEOK

LJMPMAIN

;****************************************************************

;****************************************************************

;子程序区

;****************************************************************

;RESETDS18B20

;****************************************************************

INITDS1820:

SETBTEMPDIN

NOP

NOP

CLRTEMPDIN

MOVR6,#0A0H

DJNZR6,$

MOVR6,#0A0H

DJNZR6,$

SETBTEMPDIN

MOVR6,#32H

DJNZR6,$

MOVR6,#3CH

LOOP1820:

MOVC,TEMPDIN

JCINITDS1820OUT

DJNZR6,LOOP1820

MOVR6,#064H

DJNZR6,$

SJMPINITDS1820

RET

;

INITDS1820OUT:

SETBTEMPDIN

RET

;****************************************************************

;读DS18B20的程序，从DS18B20中读出一个字节的数据

;****************************************************************

READDS1820:

MOVR7,#08H

SETBTEMPDIN

NOP

NOP

READDS1820LOOP:

CLRTEMPDIN

NOP

NOP

NOP

SETBTEMPDIN

MOVR6,#07H

DJNZR6,$

MOVC,TEMPDIN

MOVR6,#3CH

DJNZR6,$

RRCA

SETBTEMPDIN

DJNZR7,READDS1820LOOP

MOVR6,#3CH

DJNZR6,$

RET

;****************************************************************

;写DS18B20的程序，从DS18B20中写一个字节的数据

;****************************************************************

WRITEDS1820:

MOVR7,#08H

SETBTEMPDIN

NOP

NOP

WRITEDS1820LOP:

CLRTEMPDIN

MOVR6,#07H

DJNZR6,$

RRCA

MOVTEMPDIN,C

MOVR6,#34H

DJNZR6,$

SETBTENPDIN

DJNZR7,WRITEDS1820LOP

RET

;****************************************************************

;READTEMP

;****************************************************************

READTEMP:

LCALLINITEDS1820

MOVA,#0CCH

LCALLWRITEDS1820

MOVR6,#34H

DJNZR6,$

MOVA,#44H

LCALLWRITEDS1820

MOVR6,#34H

DJNZR6,$

RET

READTEMP1:

LCALLINITDS1820

MOVA,#0CCH

LCALLWRITEDS1820

MOVR6,#34H

DJNZR6,$

MOVA,#0BEH

LCALLWRITEDS1820

MOVR6,#34H

DJNZR6,$

MOVR5,#09H

MOVR0,#TEMPHEAD

MOVB,#00H

READTEMP2:

LCALLREADDS1820

MOV@R0,A

INCR0

READTEMP21:

LCALLCRC8CAL

DJNZR5,READTEMP2

MOVA,B

JNZREADTEMPOUT

MOVA,TEMPHEAD+0

MOVTEMPL,A

MOVA,TEMPHEAD+1

MOVTEMPH,A

READTEMPOUT:

RET

;****************************************************************

;处理温度BCD码子程序

;****************************************************************

CONVTEAMP:

MOVA,TEMPH

ANLA,#80H

JZTEMPC1

CLRC

MOVA,TEMPL

CPLA

ADDA,#01H

MOVTEMPL,A

MOVA,TEMPH

CPLA

ADDCA,#00H

MOVTEMPH,A

MOVTEMPHC,#0BH

SJMPTEMPCH

TEMPC1:

MOVTEMPHC,#0AH

TEMPC11:

MOVA,TEMPHC

SWAPA

MOVTEMPHC,A

MOVA,TEMPL

ANLA,#0FH

MOVDPTR,#TEMPDOTTAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVTEMPLC,A

MOVA,TEMPL

ANLA,#0F0H

SWAPA

MOVTEMPL,A

MOVA,TEMPH

ANLA,#0FH

SWAPA

ORLA,TEMPL

LCALLHEX2BCD1

MOVTEMPL,A

ANLA,#0F0H

SWAPA

ORLA,TEMPHC

MOVTEMPHC,A

MOVA,TEMPL

ANLA,#0FH

SWAPA

ORLA,TEMPLC

MOVTEMPLC,A

MOVA,R7

JZTEMPC12

ANLA,#0FH

SWAPA

MOVR7,A

MOVA,TEMPHC

ANLA,#0FH

ORLA,R7

MOVTEMPHC,A

TEMPC12:

RET

;****************************************************************

;小数部分码表

;****************************************************************

TEMPDOTTAB:

DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H

DB06H,07H,08H,09H,09H

;****************************************************************

;显示区BCD码温度值刷新子程序

;****************************************************************

DISPBCD:

MOVA,TEMPLC

ANLA,#0FH

MOV70H,A

MOVA,TEMPLC

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV71H,A

MOVA,TEMPHC

ANLA,#0FH

MOV72H,A

MOVA,TEMPHC

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV73H,A

MOVA,TEMPHC

ANLA,#0F0H

CJNZA,#010H,DISPBCD0

SJMPDISPBCD2

DISPBCD0:

MOVA,TEMPHC

ANLA,#0FH

JNZDISPBCD2

MOVA,TEMPHC

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV73H,#0AH

MOV72H,A

DISPBCD2:

RET

;***************************************************************

;显示子程序

;****************************************************************

;显示数据在70H—73H单元内，用4位LED共阳数码管显示，P1口输出段码数据，；P3口作扫描控制，每个LED数码管亮1ms时间再逐位循环。

DISP1:

MOVR1,#70H

MOVR5,#0FEH

PLAY:

MOVP1,#0FFH

MOVA,R5

MOVP3,A

MOVA,@R1

MOVDPTR,#TAB

MOVC