應(yīng)用單片機設(shè)計智能溫度采集與控制系統(tǒng)說明書.doc

專業(yè)課程實習(xí)應(yīng)用單片機設(shè)計智能溫度采集與控制系統(tǒng) 學(xué) 院：機械控制與工程學(xué)院 專業(yè)名稱：機械設(shè)計制造及其自動化班 級：機械08-3班小組成員：指導(dǎo)教師：代宣軍、孫寶富 完成日期：2011年12月25日一、目標(biāo)分析以及系統(tǒng)總體方案的確定題目要求是應(yīng)用單片機設(shè)計智能溫度采集和控制，以及溫度每變化一度，顯示數(shù)據(jù)要更新一次。由此可知設(shè)計的內(nèi)容是溫度采集顯示控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視。其實在很多場所溫度都需要實時監(jiān)控以防止發(fā)生意外，針對此問題，本系統(tǒng)設(shè)計的目的是實現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實用又廉價的控制系統(tǒng)。本設(shè)計是對溫度進(jìn)行實時監(jiān)測與控制，設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時，執(zhí)行機構(gòu)不執(zhí)行。一個四位數(shù)碼管即時顯示溫度，溫度每變化一度數(shù)碼管數(shù)據(jù)就更新一次。經(jīng)過分析根據(jù)測溫電路的不同可以得到以下兩種設(shè)計方案：方案一：測溫電路使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，將被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后在顯示電路上將被測溫度顯示出來。這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二：考慮使用溫度傳感器。結(jié)合單片機電路設(shè)計，采用一只DS18B20溫度傳感器，直接讀取被測溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計要求。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計容易實現(xiàn)。所以本設(shè)計采用方案二。系統(tǒng)的總體控制方案如下圖所示：它由三部分組成：1）控制部分主芯片采用單片機AT89S52；2)顯示部分采用4位LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示；3）溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器。 1-1系統(tǒng)的總體控制方案二、溫度采集部分的選擇溫度采集部分選用DS18B20。DS18B20溫度傳感器是美國DALLS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度。這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其單片機的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的P1.0口，單片機接受溫度并存儲。（1） DS18B20的性能特點如下：1） 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；2） 多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；3） 無須外部器件；4） 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0-5.5V；5） 零待機功耗；6） 溫度以3位數(shù)字顯示；7） 用戶可定義報警設(shè)置；8） 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過限定溫度（溫度報警條件）的器件；9） 負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（2） DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20采用3腳PR-35封裝，如圖2-1所示；DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示。2-1 DS18B20封裝2-2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2-1DS18B20封裝的引腳定義：1）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端2）GND為電源地3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）2-2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：1）64位光刻ROM。開始8位的是產(chǎn)品類型的編碼，接著是每個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。2）非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,可通過軟件寫入用戶報警上下限值。3）高速暫存存儲，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。4）CRC的產(chǎn)生（3） DS18B20的工作原理 DS18B20工作時序根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：（1）每次讀寫之前都必須要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位； （2）復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；（3）最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主機CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待15-60微秒左右后發(fā)出60-240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功，其工作時序包括初始時序、寫時序和讀時序，具體工作方法如圖2-3、2-4、2-5所示。1)初始化時序圖2-3 初始化時序 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機知道，總線上有從機設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機輸出低電平，保持低電平時間至少480us，已產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機釋放總線，4.7K 上拉電阻將總線拉高，延時15-60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時60-240us2) 寫時序圖2-4寫時序?qū)憰r序包括寫0時序和寫1時序。所有寫時序至少需要60us，且在2次獨立寫時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間，都是以總線拉低開始。寫1時序，主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時60us。寫0時序，主機輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時2us。3) 讀時序圖2-5讀時序總線器件僅在主機發(fā)出讀時序時才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us，且在2次獨立寫時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間。每次讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機輸出低電平時延時2us，然后主機轉(zhuǎn)入輸入模式延時12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時50us。三、顯示電路的選擇顯示電路采用4位一體共陰極LED數(shù)碼管，從P0口送數(shù)，P2口掃描。四、單片機系統(tǒng)的設(shè)計（1）硬件設(shè)計1）晶振電路單片機XTAL1，XTAL2分別接30PF的電容，中間再并個12MHz的晶振，形成單片機的晶振電路。如下圖：2）復(fù)位電路3）EA引腳接VCC 復(fù)位后，首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器的程序，當(dāng)PC值超過內(nèi)部程序存儲器空間時，后面的自動轉(zhuǎn)到外部空間取指令執(zhí)行。4)P1.5,P1.6,P1.7引腳接下載器電路，如下圖所示：電路中加個電容，用于防止掉電保護(hù)。5）P3.5，P3.6，P3.7分別接按鈕S1，S2，S3。如下圖所示：S1按鈕用于手動操作進(jìn)入上下限溫度設(shè)置界面；S2按鈕用于上限溫度設(shè)置；S3按鈕用于下限溫度設(shè)置。6）P1.1,P1.2引腳用于接警報指示燈。如下圖所示： P1.1用于接綠色指示燈，表示溫度低于下限溫度，加熱執(zhí)行機構(gòu)開始工作，直到綠燈熄滅。P1.2用于接紅色指示燈，表示溫度高于上限溫度，風(fēng)扇執(zhí)行機構(gòu)開始工作，直到紅燈熄滅。由于各種原因，執(zhí)行機構(gòu)略，僅用紅綠燈進(jìn)行警報。7）P1.0接溫度傳感器電路，如下圖：8）P0接口接8個820上拉電阻，同時分別接四位一體LED燈的a，b，c，d，e，f，g，dp引腳。具體接法見原理圖。9）P2接口中P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別接到顯示電路的4.7K電阻上，P2.5接蜂鳴器電路，其它懸空。具體接法見原理圖。10）VCC接電源，VSS接地。11）硬件設(shè)計的原理圖如下：12）系統(tǒng)的PCB印刷電路板圖如下：（2）軟件設(shè)計1）軟件設(shè)計的相關(guān)流程圖 主程序流程圖 溫度顯示子程序 初始化上限溫度設(shè)置 初始化下限溫度設(shè)置 溫度設(shè)置 下限值設(shè)置 上限值設(shè)置 溫度處理子程序 報警程序溫度轉(zhuǎn)換2）軟件設(shè)計的程序ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP ZD_SUBORG 0100HN_TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,40HT00 EQU 40H ；個位T01 EQU 41HT02 EQU 42HT03 EQU 43HEXA EQU 50H ；上限個位EXB EQU 51HEXC EQU 52HEXD EQU 53HEI0 EQU 54H ；下限個位EI1 EQU 55HEI2 EQU 56HEI3 EQU 57HSEX EQU 58H ；上限數(shù)SEI EQU 59H ；下限數(shù)MAX EQU 5AH ；最大上限溫度值MIN EQU 5BH ；最小下限溫度值TEL EQU 60H ；溫度低位TEH EQU 70H ；溫度高位TELC EQU 72HTEHC EQU 73HSSET BIT 00H UP BIT 01H ；上限加DOWN BIT 02H ；下限加D1S BIT 03HFA BIT 04HD1820 BIT P1.0MAIN:MOV SP,#80H ；系統(tǒng)程序初始化 MOV P0,#00H MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV A,#00H MOV T00,A MOV T01,A MOV T02,A MOV T03,A MOV MAX,#01111101B MOV MIN,#11001001B MOV SEX,#01111101B MOV SEI,#11001001B SETB SSET SETB UP SETB DOWN CLR D1S CLR FA MOV R7,#20 MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH MOV IE,#82H SETB TR0MLOOP: LCALL DISP_SUB ；調(diào)用溫度顯示子程序 LCALL KEY_SUB ；調(diào)用鍵盤掃描子程序 JB SSET,MNEST0 ；設(shè)置鍵按下時，即SSET為0轉(zhuǎn)移，否則順序執(zhí)行 LCALL TS_SUB ；調(diào)用溫度設(shè)置子程序MNEST0: JNB FA,MNEXT1 ；調(diào)用溫度上下限設(shè)置鍵子程序 JNB D1S,MLOOP ；不是1S轉(zhuǎn)移，按鍵去抖動法 CLR D1S LCALL RT_SUB ；調(diào)用讀溫度子程序 LCALL BJ_SUB ；調(diào)用報警子程序 LCALL TZS_SUB ；調(diào)用溫度計算處理子程序MNEXT1: SETB FA LCALL ZH_SUB ；調(diào)用溫度轉(zhuǎn)變子程序 LJMP MLOOP TZS_SUB:MOV A, THE ；溫度計算處理子程序 ANL A,#80H JZ TZS1 CLR C MOV A, TEL CPL A ADD A,#01H MOV TEL,A MOV A, TEH CPL A ADDC A,#00H MOV TEH,A MOV T03,#0BH SJMP TZS2TZS1:MOV T03,#0AHTZS2: MOV A,TEL ANL A,#0F0H SWAP A MOV TEL,A MOV A,TEH ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TEL MOV B,#64H DIV AB MOV T02,A MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB MOV T01,A MOV T00,BTZRET:RETZH_SUB: ；溫度轉(zhuǎn)變子程序 LCALL RST_SUB ；調(diào)用DS18B20復(fù)位程序 MOV A,#0CCH ；發(fā)跳過ROM命令 LCALL WRITE_SUB ；調(diào)用寫一個字節(jié)程序 MOV A,#44H ；發(fā)溫度轉(zhuǎn)變命令 LCALL WRITE_SUB ；寫命令字 NOP RETRT_SUB: ；讀溫度子程序LCALL RST_SUB ；復(fù)位DS18B20 MOV A,#0CCH ；發(fā)跳過ROM命令 LCALL WRITE_SUB ；寫命令字 MOV A,#0BEH ；發(fā)讀ROM命令 LCALL WRITE_SUB ；寫命令字RT1:LCALL READ8_SUB ；調(diào)用讀DS18B20RAM內(nèi)容 NOP NOP LCALL RST_SUB MOV A,#0CCH LCALL WRITE_SUB MOV A,#0BEH LCALL WRITE_SUB LCALL READ16_SUBRTRET:RETREAD8_SUB: ；讀DS18B20RAM內(nèi)容 CLR EA SETB D1820 MOV R6,#8 RE1:CLR D1820 MOV R4,#2 NOP SETB D1820 RE2:DJNZ R4,RE2 MOV C,D1820 RRC A MOV R5,#32 RE3:DJNZ R5,RE3 DJNZ R6,RE1 MOV TEL,A SETB D1820 SETB EA RETREAD16_SUB: CLR EA SETB D1820 MOV R6,#16 RE4:CLR D1820 MOV R4,#2 NOP SETB D1820 RE5:DJNZ R4,RE5 MOV C,D1820 RRC A MOV R5,#32 RE6:DJNZ R5,RE6 DJNZ R6,RE4 MOV TEH,A SETB D1820 SETB EA RETJCRC_SUB: PUSH ACC MOV R6,#08HCRC1:XRL A,B RRC A MOV A,B JNC CRC2 XRL A,#18HCRC2:RRC A MOV B,A POP ACC RR A PUSH ACC DJNZ R6,CRC1 POP ACC RETWRITE_SUB: ；寫一個字節(jié)程序 CLR EA MOV R3,#8WRLOOP1:SETB D1820 MOV R4,#8 RRC A CLR D1820WRLOOP2:DJNZ R4,WRLOOP2 MOV D1820,C MOV R4,#32HWRLOOP3:DJNZ R4,WRLOOP3 DJNZ R3,WRLOOP1 SETB D1820 SETB EA RETRST_SUB: ；DS18B20復(fù)位程序 CLR EA RST0:CLR D1820 MOV R2,#200 RST1:CLR D1820 DJNZ R2,RST1 SETB D1820 MOV R2,#32 RST4:DJNZ R2,RST4 CLR C JB D1820,RST0 MOV R6,#80 RST5:JB D1820,RST3 DJNZ R6,RST5 LJMP RST0 RST3:MOV R2,#242 RST2:DJNZ R2,RST2 SETB EA RETDISP_SUB: ；溫度顯示子程序 PUSH ACC MOV DPTR,#N_TAB MOV A,T02 CJNE A,#0,DISP_3 MOV A,T01 CJNE A,#0,DISP_20 MOV T01,T03 MOV T02,#0AH MOV T03,#0AH LJMP DISP_3DISP_20:MOV T02,T03 MOV T03,#0AHDISP_3:MOV A,T03 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.0 SETB P2.1 SETB P2.2 SETB P2.3 LCALL DEL_SUB LCALL DEL_SUBDISP_2:MOV A,T02 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.0 CLR P2.1 SETB P2.2 SETB P2.3 LCALL DEL_SUB LCALL DEL_SUBDISP_1:MOV A,T01 ；十位顯示程序 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.0 SETB P2.1 CLR P2.2 SETB P2.3 LCALL DEL_SUB LCALL DEL_SUBDISP_0:MOV A,T00 ；個位顯示程序 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.0 SETB P2.1 SETB P2.2 CLR P2.3 LCALL DEL_SUB LCALL DEL_SUB POP ACC RETZD_SUB: MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ R7,DNEXT MOV R7,#20 SETB D1SDNEXT: RETIDEL_SUB: SETB RS0 MOV R5,#2DEL1: MOV R4,#248DEL2: DJNZ R4,DEL2 DJNZ R5,DEL1 CLR RS0 RETBJ_SUB: ；報警子程序 MOV A,TEH PUSH ACC MOV A,TEL PUSH ACC MOV A,TEH ANL A,#80H JZ BJ1 MOV A,TEH ANL A,#00000111B MOV TEH,ABJ1: MOV A,TEH ANL A,#00001111B SWAP A MOV TEH,A MOV A,TEL ANL A,#0F0H SWAP A ORL A,TEH MOV TEH,A CJNE A,SEX,BJ2BJ2:JC BJ6 CLR P1.2BJ3: CJNE A,SEI,BJ5 LJMP BJ6BJ5: JNC BJ6 CLR P1.1BJ4:CLR P2.5 LJMP BJRETBJ6: SETB P1.1 SETB P1.2 SETB P2.5BJRET: POP ACC MOV TEL,A POP ACC MOV TEH,A RETKEY_SUB:SETB P3.5；鍵盤掃描子程序 SETB P3.6 SETB P3.7 SETB SSET SETB UP SETB DOWN JB P3.5,KEY_0 MOV R6,#10D10: LCALL DEL_SUB DJNZ R6,D10 JB P3.5,KEY_0 JNB P3.5,$ CLR SSETKEY_0: JB P3.6,KEY_1 MOV R6,#10D11: LCALL DEL_SUB DJNZ R6,D11 JB P3.6,KEY_1 CLR UPKEY_1: JB P3.7,KEY_2 MOV R6,#10D12: LCALL DEL_SUB DJNZ R6,D12 CLR DOWNKEY_2: RETSEX_SUB: LCALL KEY_SUB JB UP,SEX_1 MOV A,SEX CJNE A,MAX,SEX_0 NOP LJMP SEX_1SEX_0: INC SEX LJMP SEX_3SEX_1: JB DOWN,SEX_3 MOV A,SEX CJNE A,SEI,SEX_2 NOP LJMP SEX_3SEX_2: DEC SEXSEX_3: MOV A,SEX JNB ACC.7,SEX_4 MOV T03,#0BH CPL A INC A LJMP SEX_5SEX_4: MOV T03,#0AHSEX_5: MOV B,#64H DIV AB MOV T02,A MOV A,B MOV B,#0AH DIV AB MOV T01,A MOV T00,B RETSEI_SUB: LCALL KEY_SUB JB UP,SEI_1 MOV A,SEI CJNE A,SEX,SEI_0 NOP LJMP SEI_1SEI_0: INC SEI LJMP SEI_3SEI_1: JB