智能溫度計(jì)數(shù)字溫度計(jì)電子競(jìng)技大賽項(xiàng)目申報(bào)書

1、西華大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng)目名稱： 數(shù)字溫度計(jì) 學(xué)院名稱： 電氣信息學(xué)院 學(xué)生姓名： 鄢小林、王強(qiáng)、曾易丹 指導(dǎo)教師： 余 建 華 2010 年 01 月28 日一、項(xiàng)目組成員基本情況姓 名學(xué) 院專業(yè)年級(jí)聯(lián)系電話簽 名組 長(zhǎng) 鄢小林電氣信息學(xué)院 08電員1鄢小林電氣信息學(xué)院08級(jí)電員2王強(qiáng)電氣信息學(xué)院08級(jí)電員3曾易丹電氣信息學(xué)院08級(jí)電、指導(dǎo)教師基本情況姓 名學(xué) 院職 稱聯(lián)系電話簽 名1余建華電氣信息學(xué)院2三、設(shè)計(jì)目的、意義和發(fā)展概況：1、設(shè)計(jì)目的： 利用單片機(jī)（at89c52）設(shè)計(jì)

2、一溫度計(jì)，具有1602lcd顯示數(shù)字、字母的功能，帶2位小數(shù)；溫度傳感器采用18b20；報(bào)警溫度可以手工任意設(shè)置并顯示它的報(bào)警溫度范圍，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。 2、意義： 隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本組將制作一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度， 3、發(fā)展概況：四、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容（包括設(shè)計(jì)方案、參數(shù)指標(biāo)、作品特色等）：設(shè)計(jì)方案： 4.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證4.1.1方案一由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換

3、后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。4.1.2 方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。4.2方案二的總體設(shè)計(jì)框圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)at89c52，溫度傳感器采用ds18b20，用1602液晶顯示器以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)

4、溫度顯示。圖1總體設(shè)計(jì)方框圖4.2.1 主控制器單片機(jī)采用at89c52，具有8051結(jié)構(gòu)的flash型和eeprom型，具有低電壓供電和體積小，單片機(jī)等特點(diǎn)，單片機(jī)內(nèi)部有8kb的程序存儲(chǔ)器。能夠比較好的滿足本數(shù)字溫度計(jì)程序存儲(chǔ)。4.2.2 顯示電路4.2.3溫度傳感器 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器(參考:智能溫度傳感器ds18b20的原理與應(yīng)用)是dallas 公司生產(chǎn)的1wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)。ds18b20 產(chǎn)品的特點(diǎn):（1）、只要求一個(gè)i/o 口即可實(shí)現(xiàn)通信。（2）、在ds

5、18b20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。（3）、實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。（4）、測(cè)量溫度范圍在55 到125之間; 在-10 +85范圍內(nèi)誤差為0.5;（5）、數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9 位到12 位選擇。將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時(shí)間不超過(guò)750ms;（6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。ds18b20引腳分布圖ds18b20 詳細(xì)引腳功能描述:1、gnd 地信號(hào)；2、dq數(shù)據(jù)輸入出引腳。開(kāi)漏單總線接口引腳。當(dāng)被用在寄生電源下，此引腳可以向器件提供電源；漏極開(kāi)路, 常太下高電平. 通常要求外接一個(gè)約5k的上拉電阻.3、vdd可選擇的vdd 引腳。電壓范圍:

6、35.5v; 當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。ds18b20存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖暫存儲(chǔ)器的頭兩個(gè)字節(jié)為測(cè)得溫度信息的低位和高位字節(jié); 第3, 4字節(jié)是th和tl的易失性拷貝, 在每次電復(fù)位時(shí)都會(huì)被刷新;第5字節(jié)是配置寄存器的易失性拷貝, 同樣在電復(fù)位時(shí)被刷新;第9字節(jié)是前面8個(gè)字節(jié)的crc檢驗(yàn)值.配置寄存器的命令內(nèi)容如下:0r1r011111msb lsbr0和r1是溫度值分辨率位, 按下表進(jìn)行配置.默認(rèn)出廠設(shè)置是r1r0 = 11, 即12位.溫度值分辨率配置表r1r0分辨率最大轉(zhuǎn)換時(shí)間(ms)009bit93.75(tconv/8)0110bit183.50(tconv/4)1011bit37

7、5(tconv/2)1112bit750 (tconv)4種分辨率對(duì)應(yīng)的溫度分辨率為0.5, 0.25, 0.125, 0.0625(即最低一位代表的溫度值)12位分辨率時(shí)的兩個(gè)溫度字節(jié)的具體格式如下:低字節(jié): 232221202-12-22-32-4高字節(jié): sssss262524其中高字節(jié)前5位都是符號(hào)位s, 若分辨率低于12位時(shí), 相應(yīng)地使最低為0, 如: 當(dāng)分辨率為10位時(shí), 低字節(jié)為: 232221202-12-200, 高字節(jié)不變.一些溫度與轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字參照如下:溫度數(shù)字輸出換成16進(jìn)制+12500000111 1101000007d0h+8500000101 01010000

8、0550h+25.062500000001 100100010191h+10.12500000000 1010001000a2h+0.500000000 000010000008h000000000 000000000000h-0.511111111 11111000fff8h-10.12511111111 01011110ffe5h-25.062511111110 01101111ff6fh-5511111100 10010000fc90h由上表可看出, 當(dāng)輸出是負(fù)溫度時(shí), 使用補(bǔ)碼表示, 方便計(jì)算機(jī)運(yùn)算(若是用c語(yǔ)言, 直接將結(jié)果賦值給一個(gè)int變量即可).ds18b20 的使用方法:由于

9、ds18b20 采用的是1wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì)ds18b20芯片的訪問(wèn)。由于ds18b20是在一根i/o線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。ds18b20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序(dsinit()實(shí)現(xiàn))、讀時(shí)序(readbyte()、寫時(shí)序(writebyte()。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命

10、令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。ds18b20與單片機(jī)連接電路圖:利用軟件模擬ds18b20的單線協(xié)議和命令:主機(jī)操作ds18b20必須遵循下面的順序1. 初始化單線總線上的所有操作都是從初始化開(kāi)始的. 過(guò)程如下: 1)請(qǐng)求: 主機(jī)通過(guò)拉低單線480us以上, 產(chǎn)生復(fù)位脈沖, 然后釋放該線, 進(jìn)入rx接收模式. 主機(jī)釋放總線時(shí), 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖.dq : 1 - 0(480us+) - 1 2)響應(yīng): ds18b20檢測(cè)到該上升沿后, 延時(shí)1560us, 通過(guò)拉低總線60240us來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖. dq: 1(1560us) - 0(60240us)3)

11、接收響應(yīng): 主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后, 說(shuō)明有單線器件在線. 至此, 初始化完成.dq: 02. rom操作命令當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖, 便可發(fā)起rom操作命令. 共有5類rom操作命令, 如下表命令類型命令字節(jié)功能read rom 讀rom 33h讀取激光rom中的64位,只能用于總線上單個(gè)ds18b20器件情況, 多掛時(shí)會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突match rom匹配rom55h此命令后跟64位rom序列號(hào),尋址多掛總線上的對(duì)應(yīng)ds18b20.只有序列號(hào)完全匹配的ds18b20才能響應(yīng)后面的內(nèi)存操作命令,其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖.可用于單掛或多掛兩種情況.skip rom 跳過(guò)romcch可無(wú)須提供

12、64位rom序列號(hào)即可運(yùn)行內(nèi)存操作命令, 只能用于單掛.search rom搜索romf0h通過(guò)一個(gè)排除法過(guò)程, 識(shí)別出總線上所有器件的rom序列號(hào)alarm search告警搜索ech命令流程與search rom相同, 但ds18b20只有最近的一次溫度測(cè)量時(shí)滿足了告警觸發(fā)條件的, 才會(huì)響應(yīng)此命令.3. 內(nèi)存操作命令在成功執(zhí)行rom操作命令后, 才可使用內(nèi)存操作命令. 共有6種內(nèi)存操作命令:命令類型命令字節(jié)功能write scratchpad寫暫存器4eh寫暫存器中地址2地址4的3個(gè)字節(jié)(th,tl和配置寄存器)在發(fā)起復(fù)位脈沖之前,3個(gè)字節(jié)都必須要寫.read scratchpad讀暫存器

13、beh讀取暫存器內(nèi)容,從字節(jié)0一直到字節(jié)8, 共9個(gè)字節(jié),主機(jī)可隨時(shí)發(fā)起復(fù)位脈沖,停止此操作,通常我們只需讀前5個(gè)字節(jié).copy scratchpad復(fù)制暫存器48h將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制進(jìn)eeram, 以便將溫度告警觸發(fā)字節(jié)存入非易失內(nèi)存. 如果此命令后主機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)隙, 那么只要器件還在進(jìn)行復(fù)制都會(huì)輸出0, 復(fù)制完成后輸出1.convert t溫度轉(zhuǎn)換44h開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換操作. 若在此命令后主機(jī)產(chǎn)生時(shí)隙, 那么只要器件還在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換就會(huì)輸出0, 轉(zhuǎn)換完成后輸出1.recall e2 重調(diào)e2暫存器b8h將存儲(chǔ)在eeram中的溫度告警觸發(fā)值和配置寄存器值重新拷貝到暫存器中,此操作在ds18b20

14、加電時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生.read power supply讀供電方式b4h主機(jī)發(fā)起此命令后每個(gè)讀數(shù)時(shí)隙內(nèi),ds18b20會(huì)發(fā)信號(hào)通知它的供電方式:0寄生電源, 1外部供電.4. 數(shù)據(jù)處理ds18b20要求有嚴(yán)格的時(shí)序來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性. 在單線dq上, 有復(fù)位脈沖, 應(yīng)答脈沖, 寫0, 寫1, 讀0, 讀1這6種信號(hào)類型. 除了應(yīng)答脈沖外, 其它都由主機(jī)產(chǎn)生. 數(shù)據(jù)位的讀和寫是通過(guò)讀、寫時(shí)隙實(shí)現(xiàn)的.1) 寫時(shí)隙: 當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時(shí), 產(chǎn)生寫時(shí)隙.所有寫時(shí)隙都必須在60us以上, 各寫時(shí)隙間必須保證1us的恢復(fù)時(shí)間.寫1 : 主機(jī)將數(shù)據(jù)線dq先拉低, 然后釋放15us后, 將數(shù)據(jù)線dq

15、拉高;寫0 : 主機(jī)將dq拉低并至少保持60us以上.2)讀時(shí)隙: 當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線dq從高電平拉至低電平時(shí), 產(chǎn)生讀時(shí)隙. 所有讀時(shí)隙最短必須持續(xù)60us, 各讀時(shí)隙間必須保證1us的恢復(fù)時(shí)間.讀: 主機(jī)將dq拉低至少1us,. 此時(shí)主機(jī)馬上將dq拉高, 然后就可以延時(shí)15us后, 讀取dq即可.4.3 系統(tǒng)整體硬件電路4.3.1 主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，如圖5 所示。圖5中有十六個(gè)矩陣鍵盤和一個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計(jì)的上下限報(bào)警設(shè)置和顯示報(bào)警溫度的范圍，圖中蜂鳴器可以在被測(cè)溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)光二極管亮

16、，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同時(shí)lcd液晶顯示器將顯示temperature error！ ，這是可以按確定鍵停止蜂鳴器鳴叫和二極管發(fā)亮，然后按功能鍵按鍵這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測(cè)出被測(cè)的溫度值。圖5 中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。4.3.2 顯示電路顯示電路是使用的1602液晶顯示器顯示，它比數(shù)碼管的功能齊全，性能好，特別是抗溫度能力強(qiáng)，使數(shù)字溫度計(jì)能在比較惡劣的環(huán)境下能夠比較好的測(cè)溫。顯示清晰，體積小等特點(diǎn)。 圖5 數(shù)字溫度計(jì)主板圖圖6 鍵盤外形圖4.4系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，外部中斷

17、程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。4.41主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出設(shè)置溫度范圍，溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理ds18b20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每進(jìn)行一次就刷新一次。，其程序流程見(jiàn)圖7所示。 圖7 主程序流程圖 4.4.2中斷程序 中斷程序是采用的外部中斷0的電平觸發(fā)方式。用一個(gè)獨(dú)立的按鍵控制。當(dāng)按鍵有效按下時(shí)。將進(jìn)入中斷程序來(lái)控制溫度的高低溫度范圍的設(shè)置。和溫度范圍的顯示。其程序流程圖如下。 4.4.3讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如

18、圖8示 圖8讀溫度流程圖4.4.4溫度轉(zhuǎn)換命令子程序發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令 結(jié)束溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示 圖9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 參數(shù)指標(biāo)：ds18b20采用12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度，最大工作周期為750毫秒，檢測(cè)溫度范圍為55c+125c（67f+257f）。顯示采用1602lcd液晶顯示器，主要參數(shù)如下表：作品特色： 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)at89c52，測(cè)溫傳感器