遠距離室內(nèi)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設計實現(xiàn)附程序

1、遠距離室內(nèi)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設計實現(xiàn)摘要隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能獨立工作的溫度檢測系統(tǒng)已廣泛應用于各種不同的領域。溫度檢測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研和在 人們的生活中得到廣泛的運用。目前，溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字集成式方向 飛速發(fā)出，DS18B2攸是其中優(yōu)秀的代表。本文介紹了一個基于數(shù)字溫度傳感器 DS18B20勺測溫系統(tǒng)，并用LED數(shù)碼管 顯示溫度值，無線發(fā)送溫度值。達到遠距離溫度測量的實現(xiàn)。主要采用的是溫度 傳感器18B20,無線模塊nRF24L01和單片機控制顯示模塊。本文詳細敘述18B20的的測量原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及對18B20溫度傳感器程 序的調(diào)試。關(guān)鍵詞：DS1

2、8B20無線傳輸、單片機、溫度測量目錄第一章緒論前言選題的背景和意義第二章設計原理及方案方案的論證DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20工作過程及時序第三章硬件電路的設計溫度測量電路的設計無線模塊電路的構(gòu)成第四章軟件設計系統(tǒng)的主程序原理圖DS18B20的測溫原理第五章課程設計的體會與收獲體會和收獲展望和不足參考文獻附錄一 protel圖附錄二源程序緒論1.1前言隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準確度和精確 度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數(shù) 就需要受制于現(xiàn)代信息基礎的發(fā)展水平。在三大信息信息采集（即傳 感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計算機技

3、術(shù)）中，傳感 器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各 領域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民 的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫 度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和 裝置具有重要的意義。1.2選題的背景和意義本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方 法，并對以此傳感器，89S51單片機為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度控制裝 置的工作原理及程序設計作了詳細的介紹。其具有讀數(shù)方便，方便控 制，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對溫度控制要求比較準確的場 所，或科研實驗室使用。該設計控制器使用ATME

4、L公司的AT89S51單 片機，測溫傳感器使用DALLAS公司DS18B20,用液晶來實現(xiàn)溫度顯 示。第二章設計原理及方案方案的論證采用熱敏電阻，熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的，也不能滿足測量范圍。在溫度測量系統(tǒng)中，也常采用單片溫度 傳感器，比如AD59cl LM35O但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計算機，這樣就使測溫系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)較復雜。 另外，這種測溫 系統(tǒng)難以實現(xiàn)多點測溫，也要用到復雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現(xiàn)的 難度。采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B2CM量溫度，直接輸出數(shù)字信號。便于單 片機處理及控制，節(jié)省硬件

5、電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，此元件線形性 能好，在0100攝氏度時，最大線形偏差小于 1攝氏度。DS18B20勺最大特點 之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20K微控制器AT89C51構(gòu)成 的溫度裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號到微控制器。 每只DS18B2CM有一個獨 有的不可修改的64位序列號，根據(jù)序列號可訪問不同的器件。這樣一條總線上 可掛接多個DS18B20專感器，實現(xiàn)多點溫度測量，輕松的組建傳感網(wǎng)絡。綜上分析，我們選用第二種方案。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀

6、出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單 的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 93.75 ms和750 ms內(nèi)完成 9位和12位的數(shù)字量，并且從 DS18B20賣出的信息或?qū)懭隓S18B20勺信息僅需 要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以 向所掛接的DS18B20ft電，而DS18B2（g美國無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分 辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿 意的效果。以下是DS18B20勺特點：獨特的單線接口方式：DS18B20與微

7、處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20勺雙向通訊。在使用中不需要任何外圍元件?？捎脭?shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0 +5.5 V。測溫范圍：-55 - +125 C。固有測溫分辨率為0.5 C。通過編程可實現(xiàn)9-12位的數(shù)字讀數(shù)方式。支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B2M以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫DS18B209 1. 2. 3 DS1SB2O的內(nèi)部結(jié)果DSIXB20的內(nèi)部比64#的 KOM年元r和字節(jié)的桶存器 中兒：M R ROM M T i .DSISB20H的則號（啡一 的名字L另外，由于DS18B2W線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因 此讀寫時序很

8、重要。系統(tǒng)對 DS18B20勺各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為： 初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）一發(fā)ROMfe能命令一發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù) 據(jù)DS18B20 工作過程及時序DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。初始時，溫度寄存器被預置成-55 C,每當計數(shù)器1從預置數(shù)開始減計數(shù)到0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加 1C,這個過程重復進行，直到計數(shù)器 2計數(shù)到0時便停止。初始時，計數(shù)器1預置的是與-55 C相對應的一個

9、預置值。以后計數(shù)器 1 每一個循環(huán)的預置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性 性，斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應變化。計數(shù)器1的預置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1C計數(shù)器所需要的計數(shù)個數(shù)。DS18B20內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計數(shù)器2停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器1中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后 與0.25 C進行比較，若低于0.25 C ,溫度寄存器的最低位就置0;若高于0.25 C , 最低位就置1;若高于0.75 C時，溫度寄存器的最低位就進位然后置 00這樣，0.5 C ,四舍五入最大量化誤差為土 1/2LSB,即0.2

10、5 C。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號位，其余8位以 二進制補碼形式表示溫度值。測溫結(jié)束時，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲器的前兩 個字節(jié)中，符號位占用第一字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。DS18B20W量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。DS18B2吶部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成 頻率信號。當計數(shù)門打開時，DS18B20!行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù) 振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。測量結(jié) 果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應該為 9位，但因符號位擴展成高8 位，所以最后以16位補碼

11、形式讀出。DS18B2C作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化一一 ROM作命令一一存儲 器操作命令一一處理數(shù)據(jù)第三章硬件電路的設計溫度測量電路的設計由于DS18B2Q1數(shù)字式溫度傳感器，里面已經(jīng)包含了AD轉(zhuǎn)換等電路，所以硬件設計簡單，其連接圖如下所示：DS18B加溫度傳感器無線模塊電路的構(gòu)成由于是傳感器的課程設計，其重點不在無線模塊上，故采用了現(xiàn)成無線模塊nRF24L01,其電路圖如下整體電路的設計第三節(jié)用單片機控制溫度傳感器采集顯示溫度值，所以需要自己設計52單片機最小系統(tǒng)，以及數(shù)碼管等顯示電路。具具體電路圖如下：R白W-41N;上,V斯叁丁1升,*甘 t J z n咻” W第中4*耳1:1的”1

12、1圖2.4.3單片機最小系統(tǒng)電路原理圖圖2.4.1數(shù)碼管顯示電路原理圖第四章軟件設計4.1系統(tǒng)的主程序原理圖本說明書主要針對的是DS18B2W度傳感器原理的概述，所以基于單片機的程序設計主要是為了驗證 DS18B20測溫的可行性。本程序主要由無線模塊驅(qū)動、DS18B2CB動和溫度值顯示等程序構(gòu)成。其基本程序構(gòu)成如下：圖4.L1發(fā)射部分電路程序主體設計無比模法接收STC89C52 毫片機系統(tǒng)濕度值數(shù)碼管顯示S4.1.2接收部分電路程序壬體設計4.2 DS18B20的測溫原理島溫度笈鼓筋至邑效耨”停止DS18B20勺測溫原理上圖所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很 小，用于產(chǎn)生固定頻率

13、的脈沖信號送給減法計數(shù)器1,高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2的脈沖輸入，圖中還隱 含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B2CM對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖 后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定， 每次測量前，首先將-55 C所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1和溫度寄存器 中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55 C 所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度時寄存器的值將加1,減法計數(shù)器1的預置將重新被裝 入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振

14、產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中 的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性， 其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值， 只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復上述過程， 直 至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是 DS18B20勺測溫原理第五章課程設計的體會與收獲體會和收獲經(jīng)過近一周的緊張忙碌，我們的課程設計也幾近結(jié)束。此次課程設計， 我們實現(xiàn)了軟件平臺上的仿真，經(jīng)過調(diào)試改進，實現(xiàn)了一些硬件功能。理論聯(lián)系 實際，讓我們在實踐中去更好的理解和運用我們所學到的知識，獲益匪淺。在此設計期間，老師給了我們很大的幫助，衷心感謝我們

15、的指導教師，老師在設計和 調(diào)試的各個階段給了我們很大的寶貴意見和悉心指導。同時感謝我們的小組成 員，大家發(fā)揮各自所長，分工協(xié)作，使我們的設計能夠有條不紊，高效率的進行， 團隊合作給了我們設計很大的推動力。在課設中我也學習到了團隊的作用，只有不斷的學習，不斷的去思考，不斷的去尋求答案，不斷的去實踐，你才會真的 掌握一種技術(shù)。感謝老師這幾天的指導，感謝這幾天和我一起完成課設的同學們。 我將會銘記這次寶貴的經(jīng)驗和這幾天所有得到的快樂展望和不足隨著計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，新產(chǎn)品與新技術(shù)日新月異，每一產(chǎn)品都面 臨著新的挑戰(zhàn)。同時，由于作者經(jīng)驗上的不足，技術(shù)水平有限，本文設計的智能 壓力傳感系統(tǒng)也有其

16、不足之處函待改進，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）壓力采樣點的問題（2）人機交換的問題參考文獻1,譚浩強.C程序設計.清華大學出版社M.20062.郭天祥.新概念51單片機C語言教程,入門、提高、開發(fā)M,電子工業(yè)出版 社.20093,付聰，付慧生，李益青,基于nRF24L01的無線溫度采集控制系統(tǒng)的設計J.工礦自動化2010(1):73-754.于永.51單片機C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設計實例精講M,北京：電子工業(yè) 出版社，20085.張越等,基于DS18B2W度傳感器的數(shù)字溫度計J,微電子學，20076,唐文彥,傳感器,機械工業(yè)出版社M.20077,李科杰,新編傳感器技術(shù)手冊M,國防工業(yè)出版社

17、,2002附錄一 protel 圖?30附錄二源程序#include #include typedef unsigned char BYTE;#define uint unsigned intsbit DQ = P3A7;sbit HC138A = P2A2;sbit HC138B = P2A3;sbit HC138C = P2A4;BYTE cmp=0 x01,0 x02, 0 x04, 0 x08, 0 x10, 0 x20, 0 x40, 0 x80;unsignedcharMLED0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f

18、,0 x6f,0 x40; /0 1 2 3 4 5 6 7 8 9unsignedcharMLED10 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef;BYTE number2=0 x00, 0 x00;BYTE SW,GW,XW;int FLAG;int i,j,tim;uint temp;void system_Ini().TMOD|= 0 x11;TH1 = 0 xD8; /10TL1 = 0 xF0;IE = 0 x8A;TR1 = 1;)void delay(unsigned char i)(while(-i);)void write_1820 ( BYTE cmd)(for(i=0;i= 1; delay(1);)/DS18B20void reset_1820 ()(.DQ=1;_nop_();DQ=0;delay(250) ;DQ=1;delay(100);)BYTE read_1820()(BYTE dat=0;for(i=0;i= 1;DQ = 1;delay(1);if(DQ)(dat |= 0 x80;)delay(10);)return (dat);) voi