單片機課程設計-溫度監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、 單片機課程設計報告 設計題目：溫度監(jiān)測系統(tǒng) 專 業(yè)： 班 級： 學生姓名： _ 學 號： 指導教師：_ 目錄 一、引言2二、設計目的與要求2三、總體設計方案2四、實驗原理3五、材料清單4六、基本芯片及其原理5 6.1單片機 6.2溫度傳感器及其原理 6.3 DS18B20傳感器的溫度數(shù)據(jù)關系七、程序設計7八、系統(tǒng)框圖11九、工作流程圖12十、硬件電路圖14十一、結(jié)束語15十二、參考文獻15 溫度監(jiān)測系統(tǒng)課程設計任務書 一、引言溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采

2、用的測溫元件、測方法以及對溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對溫度的測控方法多種多樣。隨著電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。利用微機對溫度進行測控的技術，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。作為獲取信息的手段傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域較廣泛。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構、工作原理及特性是非常重要的。為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法

3、與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用傳感器與單片機相結(jié)合，應用性比較強，本系統(tǒng)可以作為倉庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實驗室溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以及構成智能電飯煲等等。課題主要任務是完成環(huán)境溫度監(jiān)測，利用單片機實現(xiàn)溫度監(jiān)測并通過報警信號提示溫度異常。本設計具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。本設計系統(tǒng)包括單片機，溫度采集模塊，顯示模塊，按鍵控制模塊，報警和指示模塊五個部分。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。整個系統(tǒng)的核心是進行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。設計目的與要求 1、能顯示即時溫度；2、能設定溫度的上下限值；3、當溫度超出設定極限值時進行報警

4、。三、總體設計方案總體設計方案采用AT89C2051單片機作控制器，溫度傳感器選用DS18B20來設計數(shù)字溫度計，系統(tǒng)由5個模塊組成：主控制器、測溫電路、顯示電路、控制電路、報警及指示電路。主控制器由單片機AT89C2051實現(xiàn)，測溫電路由DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)，顯示電路由4位LED數(shù)碼管直讀顯示,，報警指示電路由蜂鳴器和發(fā)光二級管構成，控制電路由按鍵構成。本設計所使用的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確等特點，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對溫度的精度要求較高的場所，或科研實驗室使用，并且加有報警裝置，超過限制溫度可發(fā)出報警信號，還可以調(diào)整報警上下限溫度

5、。該設計控制器使用單片機AT89C2051，測溫傳感器使用DS18B20，用4位共陽極LED數(shù)碼管以I/O口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示，能準確達到以上要求。四、實驗原理利用溫度傳感器芯片監(jiān)測環(huán)境溫度，將溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送到單片機內(nèi)部，單片機通過對溫度數(shù)據(jù)進行處理，利用四位八段數(shù)碼管顯示環(huán)境溫度，并利用蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出超限警報信號。通過按鍵操作可以改變報警溫度的上下限。五、材料清單名稱規(guī)格編號主要功能或作用按鈕6X6X5AN1、AN2、AN3調(diào)節(jié)報警溫度的值電容30PC1、C2單片機時鐘振蕩電容10UFC3單片機復位電容470UFC4電源濾波電容104C5電源濾波單片機AT89C205

6、1IC1CPU溫度傳感器DS18B20IC2溫度傳感器穩(wěn)壓塊L7805IC3電路工作于+5V接線座3P5.0J1外電路控制接線座接線座2P5.0J2外接電源接線USB電源插座USBJ3電腦供電插座晶體12MJZ單片機時鐘振蕩一位共陽數(shù)碼管0.56LED1攝氏溫度符號顯示三位共陽數(shù)碼管0.56LED2溫度值顯示發(fā)光二極管3MMLED3報警發(fā)光指示兼Q1偏置三極管8550Q1、Q2、Q3、Q4Q1：報警時驅(qū)動繼電器；Q2Q3Q4：數(shù)碼管驅(qū)動電阻10KR1單片機復位電阻220和470R7、R8、R9、R10R11、R12、R13、R14數(shù)碼管限流，其中R14=470電阻4.7KR2、R3、R4、R6

7、三極管基極和溫度傳感器偏置電阻2KR5三極管Q1基極偏置二極管1N4148V1續(xù)流，保護Q1跳線X1、X2用元件引腳連繼電器5V2AJDQ溫度達到報警值時觸點動作PCB板73MMX85MMUSB電源線60MM連接電腦USB口六、基本芯片及其原理6.1單片機AT89C2051是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結(jié)構和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向

8、下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應用場合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。本次課程設計所使用的單片機為AT89C2051單片機，是深圳宏晶

9、科技生產(chǎn)的完全兼容INTEL公司MCS-51系列的單片機。6.2溫度傳感器及其原理傳感器DS18B20具有體積小、精度高、適用電壓寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。美國Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術。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)?！耙痪€總線”獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使用戶可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。 同DS1

10、820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55C+125C，在-10+85C范圍內(nèi)，精度為0.5C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。6.2.1 DS18B20的特性（1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）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

11、的雙向通訊。（3）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。（4）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)。（5）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。（6）可編程的分辨率為912位，對應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。（7）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。（8）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

12、有極強的抗干擾糾錯能力。（9）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。6.2.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構及DS18B20的管腳排列64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。DS18B20內(nèi)部結(jié)構主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。 DS18B20的引腳定義：圖一 DS18B20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）。6.3 DS18B20傳感器的溫度數(shù)據(jù)關系：圖二 溫

13、度傳感器的溫度數(shù)據(jù)關系程序設計 ORG 0000H ;單片機內(nèi)存分配申明!TEMPER_L EQU 29H ;用于保存讀出溫度的低8位TEMPER_H EQU 28H ;用于保存讀出溫度的高8位FLAG1 EQU 38H ;是否檢測到DS18B20標志位A_BIT EQU 20H ;數(shù)碼管個位數(shù)存放內(nèi)存位置B_BIT EQU 21H ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置MAIN: LCALL GET_TEMPER ;調(diào)用讀溫度子程序;顯示范圍00到99度,顯示精度為1度;因為12位轉(zhuǎn)化時每一位的精度為0.0625度,我們不要求顯示小數(shù)所以可以拋棄29H的低4位;將28H中的低4位移入29H中的高4位,這

14、樣獲得一個新字節(jié),這個字節(jié)就是實際測量獲得的溫度;這個轉(zhuǎn)化溫度的方法非常簡潔，無需乘于0.0625系數(shù) MOV A,29H MOV C,40 ;將28H中的最低位移入C RRC A MOV C,41H RRC A MOV C,42H RRC A MOV C,43H RRC A MOV 29H,A LCALL DISPLAY ;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序 AJMP MAIN;這是DS18B20復位初始化子程序INIT_1820: SETB P3.4 NOP CLR P3.4;主機發(fā)出延時537微秒的復位低脈沖 MOV R1,#3TSR1: MOV R0,#107 DJNZ R0,$ DJNZ R1,T

15、SR1 SETB P3.4 ;然后拉高數(shù)據(jù)線 NOP NOP NOP MOV R0,#25HTSR2: JNB P3.4,TSR3 ;等待DS18B20回應 DJNZ R0,TSR2 ;延時 LJMP TSR4 TSR3: SETB FLAG1 ;置標志位,表示DS1820存在 LJMP TSR5TSR4: CLR FLAG1 ;清標志位,表示DS1820不存在 LJMP TSR7TSR5: MOV R0,#117TSR6: DJNZ R0,TSR6 ;時序要求延時一段時間TSR7: SETB P3.4 RET;讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER: SETB P3.4 LCALL INIT

16、_1820 ;先復位DS18B20 JB FLAG1,TSS2 RET ;判斷DS1820是否存在?若DS18B20不存在則返回 TSS2: MOV A,#0CCH ;跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820;這里通過調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時一段時間,等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒 LCALL DISPLAY LCALL INIT_1820 ;準備讀溫度前先復位 MOV A,#0CCH ;跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ;發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE_1

17、820 LCALL READ_18200 ;將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35H/36H RET;寫DS18B20的子程序(有具體的時序要求)WRITE_1820: MOV R2,#8 ;一共8位數(shù)據(jù) CLR CWR1: CLR P3.4 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV P3.4,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB P3.4 NOP DJNZ R2,WR1 SETB P3.4 RET;讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù) READ_18200: MOV R4,#2 ;將溫度高位和低位從DS18B20中讀出 MOV R1,#29

18、H ;低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H)RE00: MOV R2,#8 ;數(shù)據(jù)一共有8位RE01: CLR C SETB P3.4 NOP NOP CLR P3.4 NOP NOP NOP SETB P3.4 MOV R3,#9RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,P3.4 MOV R3,#23RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET;顯示子程序DISPLAY: MOV A,29H ;將29H中的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成10進制 MOV B,#10 ;10

19、進制/10=10進制 DIV AB MOV B_BIT,A ;十位在a MOV A_BIT,B ;個位在b MOV DPTR,#NUMTAB ;指定查表啟始地址 MOV R0,#4 DPL1: MOV R1,#250 ;顯示1000次DPLOP: MOV A,A_BIT ;取個位數(shù) MOVC A,A+DPTR ;查個位數(shù)的7段代碼 MOV P1,A ;送出個位的7段代碼 CLR P3.7 ;開個位顯示 ACALL D1MS ;顯示1ms SETB P3.7 MOV A,B_BIT ;取十位數(shù) MOVC A,A+DPTR ;查十位數(shù)的7段代碼 MOV P1,A ;送出十位的7段代碼 CLR P3.5 ;開十位顯示 ACALL D1MS ;顯示1ms SETB P3.5 DJNZ R1,DPLOP ;250次沒完循環(huán) DJNZ R0,DPL1 ;4個250次沒完循環(huán) RET;1MS延時(按12MHZ算)D1MS: MOV R7,#80 DJNZ R7,$ RET;7段數(shù)碼管09數(shù)字的共陽顯示代碼NUMTAB: DB 081H,0CFH,092H,086H,0CCH,0A4H,0A0H,08FH,080H,084HEND八、系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)設計由5個模塊組成：主控制器（單片機）、溫度采