電子綜合設(shè)計(jì)與制作論文17648

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電子綜合設(shè)計(jì)與制作（論文） 題目：多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) 院（系）：電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電子091班 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息教研室學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電子091班題 目多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)任務(wù)和要求任務(wù)和要求：設(shè)計(jì)一個(gè)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。主控器能對(duì)各溫度檢測(cè)器（簡(jiǎn)稱：檢測(cè)器）通過串行傳輸線實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)傳輸以及顯示。具體設(shè)計(jì)制作任務(wù)： 1 設(shè)計(jì)制作各溫度檢測(cè)器（至少有2臺(tái)溫度檢測(cè)器）（1）溫度測(cè)量精度：0.5；（2）溫度測(cè)量范圍：-20+125。2設(shè)計(jì)制作主控器（1）具有串行通信功能；（2）具有溫度顯示功能。指導(dǎo)教師評(píng)語及

2、成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 學(xué)生簽字： 年 月 日摘 要在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測(cè)，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測(cè)，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測(cè)，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測(cè)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。ds18b20是一種高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測(cè)量電路變得簡(jiǎn)單、可靠。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了ds18

3、b20數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程，并給出了軟件流程圖。關(guān)鍵字：溫度測(cè)量；單總線；數(shù)字溫度傳感器；單片機(jī)目錄第1章 緒論11.1系統(tǒng)背景11.2系統(tǒng)概述11.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1第2章 硬件設(shè)計(jì)32.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.2顯示電路設(shè)計(jì)42.3鍵盤電路設(shè)計(jì)42.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)52.5通信模塊設(shè)計(jì)6第3章 軟件設(shè)計(jì)73.1軟件實(shí)現(xiàn)73.1.1溫度測(cè)量程序流程圖:73.1.2鍵盤程序設(shè)計(jì)8第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析94.1 系統(tǒng)原理圖94.2 系統(tǒng)原理綜述9第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄：整體電路圖12附錄：器件清單13附錄：程序清單14第1章 緒論1.1系統(tǒng)背景在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常

4、生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測(cè)，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測(cè)，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測(cè)，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測(cè)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。1.2系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)pc微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 rs-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過pc機(jī)控制單片機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集。溫度值既可以送回主控pc進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。也可以由單片機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時(shí)顯

5、示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行控制。單片機(jī)采用的是基于數(shù)字溫度傳感器ds18b20的系統(tǒng)。ds18b20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。如糧食倉儲(chǔ)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)、石化、機(jī)械等。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)方案以ds18b20為傳感器、at89c51單片機(jī)為控制核心組成多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器電路、鍵盤與顯示電路、串口通信電路組成。采用美國dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器ds

6、18b20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。它具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個(gè)通用i/o端口即可完成與微處理器的通信。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。實(shí)際采用電路方案如下圖1.1多個(gè)ds18b20at89c51單片機(jī)數(shù)碼顯示報(bào)警系統(tǒng)pc機(jī)max232鍵盤識(shí)別電路圖1.1 總體電路方案采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器ds18b20的系統(tǒng)。ds18b20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量，輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。它有如下特點(diǎn)：（1）獨(dú)特的單線接口，既可通過串行口線，也可通過其它i

7、/o口線與微機(jī)接口，無需變換其他電路，直接輸出被測(cè)溫度值；（2）多點(diǎn)能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化；（3）不需要外部元件；（4）既可用數(shù)據(jù)線供電，也可采用外部電源供電；（5）不需備份電源；（6）測(cè)量范圍為-20125，固有測(cè)溫分辨率為0.5；（7）通過編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；（8）用戶可定義非易失性的溫度告警設(shè)置；（9）警告搜索命令能識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度警告情況）；（10）應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)類產(chǎn)品、溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)。以上特性使得ds18b20非常適用于構(gòu)建高精度、多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)ds18b20以上特點(diǎn)，此方案實(shí)現(xiàn)本課題較好。第2章

8、硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題運(yùn)用intel公司的8051進(jìn)行系統(tǒng)控制，運(yùn)用到了復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、串口、i/o口。89c51單片機(jī)串口主要有兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器sbuf和一個(gè)輸入移位寄存器組成，其內(nèi)部還有一個(gè)串行控制寄存器scon和一個(gè)波特率發(fā)生器。接收緩沖器與發(fā)送緩沖器占用同一個(gè)地址99h，其名稱亦同樣為sbuf。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖2.1 圖2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，兩種方法在本設(shè)計(jì)中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計(jì)算。本人采用是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成

9、顯示功能。顯示數(shù)據(jù)由4511譯碼器輸出，uln2003為位驅(qū)動(dòng)掃描信號(hào)。顯示電路如圖2.2圖2.2 顯示電路2.3鍵盤電路設(shè)計(jì)本課題使用行列掃描方式，在單片機(jī)的p1口上連接上4*4的鍵盤，單片機(jī)掃描鍵盤，如果有鍵按下，單片機(jī)會(huì)根據(jù)鍵碼執(zhí)行相應(yīng)的程序，使整個(gè)系統(tǒng)的功能更加完善。鍵盤電路如圖2.3圖2.3 鍵盤電路2.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，本課題采用at89c51單片機(jī)作為主控制器，采用掃描的方式對(duì)多點(diǎn)ds18b20溫度傳感器獲取對(duì)應(yīng)該位置的溫度值，經(jīng)處理后通過串口可以立即發(fā)送到上位機(jī)，如溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)，給出報(bào)警信號(hào)。電路如圖2.4圖2.4 報(bào)警電路2.5通信模塊設(shè)計(jì)a

10、t89c51有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是rs232電平的，而單片機(jī)的串口是ttl電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片max232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。pc機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口電路如圖2.5圖2.5串行通信接口電路第3章 軟件設(shè)計(jì)3.1軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求，完成溫度的測(cè)量與控制必須經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：?jiǎn)纹瑱C(jī)接受傳感器的溫度信號(hào)，并通過max7219驅(qū)動(dòng)顯示出來，單片機(jī)掃描鍵盤，接受控制信

11、號(hào)，并將溫度顯示出來，若溫度不在范圍內(nèi)則發(fā)出報(bào)警。程序流程如圖3.1開始系統(tǒng)初始化測(cè)溫子程序y顯示溫度測(cè)溫鍵是否按下n清除鍵是否按下y清除顯示子程序n圖3.1 總體程序流程圖3.2溫度測(cè)量程序流程圖:溫度測(cè)量程序首先復(fù)位ds18b20溫度傳感器，跳過rom指令并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令。換完畢后復(fù)位ds18b20再發(fā)出匹配ds18b20命令，發(fā)一個(gè)ds18b20序號(hào)然后讀取溫度值，當(dāng)所有ds18b20全部訪問完畢后，復(fù)位ds18b20，發(fā)出報(bào)警命令，如果有溫度超出范圍則報(bào)警，否則復(fù)位ds18b20。電路程序流程圖如圖3.2開始延時(shí)復(fù)位ds18b20復(fù)位ds18b20復(fù)位ds18b20發(fā)出匹配rom命令

12、發(fā)出跳過rom命令發(fā)報(bào)警搜索命令nn發(fā)一個(gè)ds18b20序號(hào)發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令y讀溫度值轉(zhuǎn)換完畢？是否有溫度超限存入儲(chǔ)存器yny報(bào)警輸出所有ds18b20訪問完畢指向下一個(gè)ds18b20圖3.2 溫度測(cè)量程序流程圖3.3鍵盤程序設(shè)計(jì)根據(jù)本課題的系統(tǒng)要求，采用4*4的鍵盤電路結(jié)構(gòu)，p1.0- p1.3接四條行線，p1.4-p1.7接四條列線，整個(gè)系統(tǒng)的功能可以利用16個(gè)按鍵將系統(tǒng)完善化、系統(tǒng)化，對(duì)于鍵盤各鍵的功能如圖3.31234567891011121314循環(huán)查詢圖3.3 鍵盤功能圖第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析4.1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理電路圖如附錄圖4.1。4.2 系統(tǒng)原理綜述系統(tǒng)采用以ds18b2

13、0為傳感器、at89c51單片機(jī)為控制核心組成多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器電路、鍵盤與顯示電路、串口通信電路組成。采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20，它具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個(gè)通用i/o端口即可完成與微處理器的通信。通過七段數(shù)碼管顯示出來，并通過報(bào)警裝置判斷是否超出測(cè)溫范圍。經(jīng)過分析測(cè)量，本系統(tǒng)測(cè)量精度0.5，測(cè)溫范圍在-20+125，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基本要求。第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量并準(zhǔn)確顯示。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制，要能夠接受傳感器的數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令選擇對(duì)應(yīng)的傳感器，并由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)溫度顯示，對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。本

14、次課程設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，有多個(gè)溫度檢測(cè)器，測(cè)量精度0.5，測(cè)溫范圍在-20+125。并通過串行通信接口與外部pc機(jī)相連，并通過數(shù)碼管及4511譯碼器顯示出來。通過這次課程的設(shè)計(jì)，將課本的知識(shí)實(shí)際應(yīng)用，擺脫考試的局限，鍛煉自己的解決問題的能力，獨(dú)立思考能力。本可設(shè)使我熟悉了單片機(jī)設(shè)計(jì)原則，對(duì)51系列單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造、與其它芯片的接口技術(shù)及其工作情況有了更進(jìn)一步了解，雖然是很簡(jiǎn)單的運(yùn)用，但比為了考試而瞬時(shí)記憶的知識(shí)牢固多了，工作需要獨(dú)立解決問題的的能力，還是希望多一些這樣的機(jī)會(huì)。參考文獻(xiàn)1周慈航 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20032方佩敏 智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用

15、 北京：電子工業(yè)出版社，20023張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京：高等教育出版社，20084李道玲，李玲，朱艷 傳感器電路分析與設(shè)計(jì) 武漢：武漢大學(xué)出版社，20035劉篤人，韓保軍 傳感器及應(yīng)用技術(shù) 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20036陳小忠等 單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序 北京：人民郵電出版社，20057李群芳 單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)計(jì)數(shù)基礎(chǔ) 北京：清華大學(xué)出版社 附錄：整體電路圖圖4.1總體電路圖附錄：器件清單器件名稱器件數(shù)量器件名稱器件數(shù)量器件名稱器件數(shù)量at89c511數(shù)碼管4at24c161led1電感1uln20031按鍵9晶振145111喇叭120p電容21電阻8300

16、電阻11u電解電容610k電阻810u電解電容1串行接口1ds18b208max232174ls15110.1u電容210k電阻1附錄：程序清單;*;常數(shù)定義;*tmel equ 0e0h ；20ms，定時(shí)器0時(shí)間常數(shù)tmeh equ 0b1htmephead equ 36h;*;工作內(nèi)存定義;*bitst data 20htimeisok bit bitst.1temponeok bit bitst.2templ data 26htemph data 27htemphc data 28htemplc data 29h;*; 引腳定義;*tempdin bit p3.7;*; 中斷向量區(qū);*o

17、rg 000hljmp startorg 00bhljmp t0it;*;系統(tǒng)初始化;*org 100hstart: mov sp,#60hclsmem: mov r0,#20hmov r1,#60hclsmem1: mov r0,#00hinc r0djnz r1,clsmem1mov tmod,#00100001bmov th0,#timelmov tl0,#timehsjmp initerror: nopljmp startnopinit: nopsetb et0setb tr0setb eamov psw,#00hclr temponeokljmp main;*; 定時(shí)器0中斷服務(wù)程序

18、;*t0it: push pswmov psw,#10hmov th0,#timehmov tl0,#timelinc r7cjne r7,#32h，t0itimov r7,#00hsetb timeisoktoit1: pop pswreti;*; 主程序;*main: lcall disp1jnb time1sok,mainclr time1sokjnb temponeok,main2lcall readtemp1lcall convtemplcall dispbcdlcall disp1main2: lcall readtempsetb temponeokljmp main;*;*;子程

19、序區(qū);*; reset ds18b20;*initds1820: setb tempdinnopnopclr tempdinmov r6,#0a0hdjnz r6,$mov r6,#0a0hdjnz r6,$setb tempdinmov r6,#32hdjnz r6,$mov r6,#3chloop1820: mov c,tempdinjc initds1820outdjnz r6,loop1820mov r6,#064hdjnz r6,$sjmp initds1820ret;initds1820out: setb tempdinret; *; 讀ds18b20的程序，從ds18b20中讀出

20、一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù); *readds1820: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopreadds1820loop: clr tempdinnopnopnopsetb tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$mov c,tempdinmov r6,#3chdjnz r6,$rrc asetb tempdindjnz r7,readds1820loopmov r6,#3chdjnz r6,$ret; *; 寫ds18b20的程序，從ds18b20中寫一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù); *writeds1820: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopwriteds

21、1820lop: clr tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$rrc amov tempdin,cmov r6,#34hdjnz r6,$setb tenpdindjnz r7,writeds1820lopret; *; read temp; *readtemp: lcall initeds1820mov a,#0cchlcall writeds1820mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#44hlcall writeds1820mov r6,#34hdjnz r6,$retreadtemp1: lcall initds1820mov a,#0cchlcall

22、 writeds1820mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#0behlcall writeds1820mov r6,#34hdjnz r6,$mov r5,#09hmov r0,#tempheadmov b,#00hreadtemp2: lcall readds1820mov r0,ainc r0readtemp21: lcall crc8caldjnz r5,readtemp2mov a,bjnz readtempoutmov a,temphead+0mov templ,amov a,temphead+1mov temph,areadtempout: ret; *; 處理溫

23、度bcd碼子程序; *convteamp: mov a,temphanl a,#80hjz tempc1clr cmov a,templcpl aadd a,#01hmov templ,amov a,temphcpl aaddc a,#00hmov temph,amov temphc,#0bhsjmp tempchtempc1: mov temphc,#0ahtempc11: mov a,temphcswap amov temphc,amov a,templanl a,#0fhmov dptr,#tempdottabmovc a,a+dptrmov templc,amov a,templanl

24、 a,#0f0hswap amov templ,amov a,temphanl a,#0fhswap aorl a,templlcall hex2bcd1mov templ,aanl a,#0f0hswap aorl a,temphcmov temphc,amov a,templanl a,#0fhswap aorl a,templcmov templc,amov a,r7jz tempc12anl a,#0fhswap amov r7,amov a,temphcanl a,#0fhorl a,r7mov temphc,atempc12: ret; *; 小數(shù)部分碼表; *tempdottab

25、: db 00h, 01h, 01h, 02h, 03h, 03h, 04h,04h,05h,06hdb 06h,07h,08h,09h,09h; *; 顯示區(qū)bcd碼溫度值刷新子程序; *dispbcd: mov a,templcanl a,#0fhmov 70h,amov a,templcswap aanl a,#0fhmov 71h,amov a,temphcanl a,#0fhmov 72h,amov a,temphcswap aanl a,#0fhmov 73h,amov a,temphcanl a,#0f0hcjnz a,#010h,dispbcd0sjmp dispbcd2dispbcd0: mov a,temphcanl a,#0fhjnz dispbcd2mov a,temphcswap aanl a,#0fhmov 73h,#0ahmov 72h,adi