多路溫度巡檢系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1、多路溫度巡檢系統(tǒng)的硬件設(shè)計摘要：本設(shè)計針對目前暖氣泄漏檢測的現(xiàn)狀及其存在的主要問題，設(shè)計了一種7路溫 度巡檢儀。該設(shè)計可擴展為0-99路，因此可以巡回檢測多個測試點的溫度，不僅具有精度高、 功耗低等優(yōu)點，還可以及時顯示和采取保護措施，使用相當(dāng)方便。在硬件上，溫度檢測元件 采用單總線方式下的先進的數(shù)字式溫度傳感器，摒棄了傳統(tǒng)的a/d轉(zhuǎn)換器，電路結(jié)構(gòu)大為簡 化。在軟件上，用匯編語言對單片機編程以實現(xiàn)對各測試點溫度值的檢測和集中管理，并且 通過軟件編程以極少量按鍵實現(xiàn)了對儀表的方便操作。系統(tǒng)設(shè)計出來后，用proteus軟件 對其進行了仿真。另外，從軟硬件兩方面對系統(tǒng)進行了抗干擾性的設(shè)計，從而使系統(tǒng)的

2、可靠 性得到明顯的提高。該課題的研究將對一般環(huán)境下的溫度的巡回檢測提高到了一個新的水 平，具有較高的社會推廣價值。關(guān)鍵詞：單總線；溫度巡回檢測；數(shù)字式溫度傳感器abstract：in accordance with the present situation and mainly existing problems of the warm air machine leaks the examination, a kind of 7-road temperature-cruising test instrument has been designed in this article. the r

3、oad's number of the meter can be broadened from no.0 to no.99.besides its high precision, low power, it can display, which makes it easily controlled. on the hardware, the 1-wire progressive digital thermometer has been elected to test temperature, so the traditional a/d converter was not be use

4、d. this makes the meter circuit easy. on the software, using assembly language in programming for cpu realized monitoring the temperature on every road and center management. the system design after coming out the software of proteus as to it's proceeded really imitate. in addition, there are on

5、ly some buttons, but can control easily. generally, the study on this topic will develop a high level of the common environmental temperature instrument in its measuring and management, and it is very worthy of generalization and application.key words: single bus; roving temperature detection; digit

6、al temperature sensor一、概述本設(shè)計針對目前暖氣泄漏檢測的現(xiàn)狀及其存在的主要問題，設(shè)計了一種基于at89c51 單片機的多路溫度巡檢系統(tǒng)，采用dallas公司的單總線智能溫度傳感器ds18b20來采集溫 度采集，采用atmel公司生產(chǎn)的的低功耗cmos串行eeprom at24c02來進行采集數(shù)據(jù)的 保存，采用t6963c液晶控制器來進行采集溫度的顯示，并通過自定義的鍵盤對本系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)設(shè)計方框圖如圖1-1所示。時鐘電路at89c51p0lcd 液晶顯示復(fù)位電路rstp2鍵盤測溫電路 7采樣個 ds18b20p1p3.6p3.7at24c02圖1-1 系統(tǒng)設(shè)計方框圖二

7、、多路溫度巡檢系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)2.1 測溫電路的設(shè)計本設(shè)計是用七個 ds18b20 組成的測溫電路，ds18b20 的主要特性：適應(yīng)電壓范圍更寬， 電壓范圍：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；獨特的單線接口方式，ds18b20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 ds18b20 的雙向通訊；ds18b20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 ds18b20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫；ds18b20 在使用中不需要任何外圍元件，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)；溫度范圍-55+125，在-10+85時精度為±0.5；可編程的分辨率

8、為 912 位， 對應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫；在 9 位 分辨率時最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn) 換為數(shù)字，速度更快；測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 cpu， 同時可傳送 crc 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；負壓特性：電源極性接反時，芯片 不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。七個 ds18b20 占用的是 p1.1 至 p1.7。這種硬件設(shè)計方法軟件編程簡單，相當(dāng)于對 7 個 ds18b20 進行單獨操作。這樣省去了對 ds18b20 內(nèi)部 64

9、 位序列號的操作，不用在進行仿 真之前就把每個 ds18b20 的序列號存到單片機內(nèi)部，省去部分內(nèi)存，需要讀哪個 ds18b20， 就直接對其所連接的 i/o 操作即可，比較容易實現(xiàn)。p1 口每一位均可獨立作為 i/o 口，p1 口可作為通用雙向 i/o 口用，當(dāng) p1 口輸出高電平時，能直接驅(qū)動拉電流負載，因此不必再 外接上拉電阻。當(dāng)端口用作輸入時，和 p0 口一樣，為了避免誤讀，必須先向?qū)?yīng)的輸出鎖存器寫入“1”，使 fet 截止，然后在讀端口引腳。由于片內(nèi)輸入電阻較大，約為 2040 k ，所以不會對輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。單總線智能溫度傳感器 ds18b20 用來采集溫度信號，因 為 ds

10、18b20 輸出值直接就是數(shù)字信號，所以不必使用 a/d 轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的接口芯片，就可 以直接送入單片機進行數(shù)字處理，它采用一根 i/o 數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)和命令，售價低廉，廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫，是 ds1820 的改進型產(chǎn)品。vccds18b20123gnd dq vddp4.7ki/o2.2 存儲器電路的設(shè)計 vcc圖 2-1 外部供電方式單點測溫電路圖由于單片機內(nèi)部的存儲容量有限，又由于本設(shè)計所要儲存的數(shù)據(jù)大于單片機內(nèi)部的存儲 容量，所以說外擴一個存儲器對本設(shè)計而言是非常必要的。本設(shè)計采用 atmel 公司生產(chǎn)的 的低功耗 cmos 串行 eeprom at24c02 來進行采集數(shù)據(jù)的

11、保存，它內(nèi)含 256×8 位存儲空間， 具有工作電壓寬（2.55.5v）、擦寫次數(shù)多（大于 10000 次）、寫入速度快（小于 10ms）等 特點，24c02 采用的 i2c 總線，它通過 sda（串行數(shù)據(jù)線）及 scl（串行時鐘線）兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。存儲器硬件連接電路如圖 2-2 所示。 +5vat24c02182736455.1k 5.1kp3.6p3.7at89c51圖 2-2 at24c02 與單片機的連接圖圖 2-2 中 at24c02 的 1、2、3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在電路圖連接中它們都接地，第 8 腳和

12、第 4 腳分別為正、負電源。第 5 腳 sda 為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出， 數(shù)據(jù)通過這條雙向 i2c 總線串行傳送，在電路圖連接中和單片機的 p3.7 連接。第 6 腳 scl 為串行時鐘輸入線，在電路圖連接中和單片機的 p3.6 連接。sda 和 scl 都需要和正電源間 各接一個 5.1k 的電阻上拉。第 7 腳需要接地。2.3 按鍵電路的設(shè)計 鍵盤是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中一個至關(guān)重要的部件。它能實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)計算機的主要手段。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。前者用軟件來識別 和產(chǎn)生代碼，后者用硬件來識別。由于本設(shè)計所用的 i/o 口線多，按鍵數(shù)多，所以本設(shè)計選用了矩陣

13、式鍵盤作為本設(shè)計的鍵盤，鍵盤為 4×4 鍵盤。鍵盤占用了 p2.0 至 p2.7。0123456789abcdef4.7k4.7k4.7k4.7k+5v圖 2-3 鍵盤電路圖按鍵的功能如表 2-1 所示。如圖 2-3 所示按鍵號從左至右，從上至下依次排列（f 號鍵未定義）。表 2-1 按鍵功能表按鍵號功能敘述0 號鍵轉(zhuǎn)換標(biāo)志位鍵，寄存器清零1 號鍵讀第一路溫度2 號鍵讀第二路溫度3 號鍵讀第三路溫度4 號鍵讀第四路溫度5 號鍵讀第五路溫度6 號鍵讀第六路溫度7 號鍵讀第七路溫度8 號鍵循環(huán)顯示 7 路溫度9 號鍵設(shè)置 lcd 顯示模式a 號鍵向上鍵b 號鍵向下鍵c 號鍵對 24c02

14、 進行寫操作d 號鍵對 24c02 進行讀操作e 號鍵對 24c02 清零2.4 顯示電路的設(shè)計lcd 顯示器有分段式和點陣式兩種結(jié)構(gòu)。點陣式是在上下兩個電極基板上噴上大小和 間隔相等、上下對應(yīng)的電極點陣。其中上電極基板上的每個電極對外均有引線，用于接驅(qū)動 電壓，而下電極基板上的所有電極均接到一個公共電極 com 上，電極由二氧化錫透明導(dǎo)電 材料組成。點陣式可用于文字、圖形以及數(shù)字顯示。分段式 lcd 顯示器與 led 顯示器相似，也采用七段式顯示。不同的是 lcd 顯示器的 結(jié)構(gòu)除在上電極基板上噴上 ag 這七個筆畫外，還在下電極基板噴上與筆畫相對應(yīng)的“日” 字形電極且接公共電極 com。本

15、設(shè)計中，數(shù)據(jù)要求在顯示器中能夠滾動顯示，還要能顯示出文字，所以本設(shè)計選擇了 點陣式的 lcd 顯示器作為本設(shè)計的液晶顯示器。在眾多的 lcd 液晶顯示器中，我選擇了 t6963c 驅(qū)動的液晶顯示器。如圖 2-4 所示。t6963c 可以與 80 系列 8 位微處理器直接接口， 內(nèi)部具有 128 個字符的 rom 字符發(fā)生器，可對 8kbyte 的顯示 ram 內(nèi)存操作，并且字符 與圖形可同時顯示,可以選擇“or”，“and”，“exor”方式。在本設(shè)計中，液晶顯示采用 間接控制方式。間接控制方式是單片機通過并行接口間接實現(xiàn)對液晶顯示模塊控制。根據(jù)液 晶顯示模塊的需要，并行接口需要一個 8 位并

16、行接口和一個 3 位并行口。at89c51 的 p0 口 作為數(shù)據(jù)總線，p3 口中 3 位作為讀，寫及寄存器選擇信號。由于并行接口只用于液晶顯示 模塊，所以 ce 信號接地就行了，如圖 2-5 所示。路號 x傳感器序號溫度()1xx.xxxx向2xx.xxxx下滾3xx.xxxx動4xx.xxxx顯5xx.xxxx示6xx.xxxx7xx.xxxx圖 2-4 液晶顯示框圖p0-7d0-d7at89c51p3.3p3.4p3.55v10k10krdwrc/dcehaltrst圖 2-5 間接訪問方式接口電路圖間接控制方式的基本程序如下：（1）讀標(biāo)志字子程序 占用寄存器：a；輸出寄存器：a存儲標(biāo)志

17、字。pr0:orlolrp3,#38hp1,#0ffh;控制口初始化，c/d=1;p1口為輸入方式clrmovp3.3a,p1;rd=0;讀標(biāo)志字setbp3.3;rd=1ret此程序可以用直接訪問方式中的 pr01，pr02，pr03 和 pr06 等子程序直接調(diào)用。（2）寫指令和數(shù)據(jù)子程序占用寄存器： r2，r3，r4，a；輸入寄存器： r2 參數(shù)第一字節(jié)，r3 參數(shù)第二字節(jié)，r4 指令代碼pr1:acallpr01;雙字節(jié)參數(shù)指令入口mova,r2acallpr14pr11: acallpr01;單字節(jié)參數(shù)指令入口mova,r3acallpr14pr12: acallpr01;無參數(shù)指令

18、入口mova,r4sjmppr15pr14: clrp3.5;寫數(shù)據(jù)入口，c/d=0pr15: clrp3.4;wr=0movp0,a;寫入setbp3.4;wr=1setbp3.5;c/d=1ret（3）讀數(shù)據(jù)子程序 占用寄存器：a；輸出寄存器：a存儲數(shù)據(jù)pr2:acallpr01clrorlp3.5p0,#0ffh;c/d=0;p1口輸入方式clrmovp3.3a,p0;rd=0;讀數(shù)據(jù)setp3.3;rd=1setp3.5;c/d=1ret2.5 時鐘電路的設(shè)計8051 芯片內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為xtal1，輸出端為 xtal2，分別是 805

19、1 的 19 腳和 18 腳。在 xtal1 和 xtal2 兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自給振蕩器，見下圖 2-6。兩個電容通常取 30pf 左右，對振蕩頻率有微調(diào)作用。8051 也可以使用外部振蕩脈沖信號，由 xtal2 輸入，直接送至內(nèi)部時鐘電路。因為 xtal2 的邏輯電平與 ttl 不兼容，所以應(yīng)接一個上拉電阻。本設(shè)計選擇的下圖所示振蕩電 路，振蕩頻率為 12mhz，時鐘發(fā)生器是一個 2 分頻觸發(fā)器電路，它將振蕩器的信號頻率 fosc 除以 2，向 cpu 提供了兩相時鐘信號 p1 和 p2。時鐘信號的周期稱為機器狀態(tài)時間 s（state）， 它是振蕩周期的 2 倍。在

20、每個時鐘周期（即機器狀態(tài)時間）的前半周期，相位為 1（p1）信 號有效，在每個時鐘周期的后半周期，相位 2（p2）信號有效。每個時鐘周期有兩個節(jié)拍 p1 和 p2，cpu 就以兩相時鐘 p1 和 p2 為基本節(jié)拍指揮 8051 單片機各個部件協(xié)調(diào)地工作。時鐘電路如圖 2-6 所示。 c130pf12mhzc2 30pf2.6 復(fù)位電路的設(shè)計xtal1 xtal2圖 2-6 時鐘電路復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要，一個單片機能否正常運行，首先要檢查是否能復(fù)位成功，在復(fù)位電路中，rst 引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其時間 應(yīng)持續(xù) 24 個震蕩周期以上，若使用頻率為 6mhz

21、的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。在本設(shè)計中用到的是 12mhz 的晶振。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式，上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路 的電容充電來實現(xiàn)的，只要電源 vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即 接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，其中，按 鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)過電阻與 vcc 電源接通而實現(xiàn)的，而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 rc 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，在本設(shè)計中采用的是按鍵電平復(fù)位，電路如圖 2-7 所 示。+5vcrstrs r圖 2-7 復(fù)位電路圖三、結(jié)束語本設(shè)計利用 a

22、t89c51 為核心，使用了 ds18b20 芯片作為本設(shè)計的溫度傳感器，加上適 當(dāng)?shù)耐鈬娐?，使本系統(tǒng)具有許多其它溫度巡回檢測系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點。ds18b20 與傳 統(tǒng)的溫度傳感器相比，輸出數(shù)字信號，從而在設(shè)計電路時不必去考慮 a/d 轉(zhuǎn)換的問題，不 僅獲得了更優(yōu)良的工作性能，提高了抗干擾能力和可靠性，而且使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡潔，維護方 便，縮小了空間。這樣的設(shè)計方法不僅對前端模擬信號處理電路提出了更高的要求,而且不 具有數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)功能。本設(shè)計結(jié)合 ds18b20 的新特性和現(xiàn)代溫度測量系統(tǒng)提出的新要 求，提出了基于智能數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 的高精度、多點溫度測量系統(tǒng)設(shè)計方案。該 方案具有安裝方便、數(shù)字化程度高、精度高、適應(yīng)性強等特點，在多種溫度檢測中具有廣闊 的應(yīng)用前景。對本系統(tǒng)而言，仍然有許多不足之處。首先，由于對 lcd 液晶顯示的了解不夠，對硬 件圖上的 lcd 連接存在一定的問題。其次，ds18b20 的測溫范圍小，僅適用于一般場合， 這就使測