数字温度报警器标准Word文档下载推荐.docx
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其它要说明的问题
单片机管脚的焊接 、DS18b20的功能
指导教师签字:
年月日
数字温度报警器设计
电子信息工程与通信工程系电子信息工程09级
摘要
摘要:
随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域,已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计,本温度计属于多功能温度计,可以设置上下报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警。
关键词:
单片机,数字控制,温度计,DS18B20,STC89C51
Abstract:
Withtheprogressanddevelopment,single-chiptechnologyhasspreadtoourlives,work,researchinvariousfieldshasbecomearelativelymaturetechnology,thisarticlewillintroducethesingle-chipmicrocomputer-basedcontrolofadigitalthermometer,thethermometeraremulti-purposethermometer,youcansetupperandlowertemperaturealarm,whenthetemperaturerangeisnotset,itcouldbereported.
Keywords:
single-chip,digitalcontrol,thermometer,DS18B20,STC89C51
前言…………………………………………………………………………………5
第一章设计方案……………………………………………………………………6
1.1设计设求……………………………………………………………………………6
1.2数字温度计设计方案论证………………………………………………………6
1.3总体设计框图……………………………………………………………………6
第二章系统组成及工作原理………………………………………………………7
2.1DS18B20温度传感器与单片机的接口电路……………………………………7
2.27段LED数码管电路及原理…………………………………………………11
2.3系统整体硬件电路……………………………………………………………13
第三章系统软件算法分析…………………………………………………………14
3.1主程序………………………………………………………………………14
3.2读出温度子程序………………………………………………………………14
3.3温度转换命令子程序…………………………………………………………15
3.4计算温度子程序………………………………………………………………15
第四章实验、调试及测试结果分析……………………………………………17
第五章总结与体会………………………………………………………………19
附录1程序源代码…………………………………………………………………20
附录2元件清单…………………………………………………………………32
参考文献…………………………………………………………………………33
前言
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。
目前,甲型H1N1流感入境,为了把好关,需对流动人口进行人体体温测量。
由于温度传感器DS18B20具有独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信,可实现多点组网功能,零待机功耗,电压范围仅为3.0~5.5V而且具有读数方便,测温范围广,测温准确的特点,最主要的是用户可定义报警设置,报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件),那么只要检测到温度超过设定的正常人体体温就会发出报警,这样就能更有效的防止流感的扩散。
出于对此问题的探索,我们通过上网查阅及相关资料的收集,做了本设计。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,该设计控制器使用单片机STC89C52,测温传感器使用DS18B20,用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。
。
第一章总体设计方案
1.1计设要求
(1)基本范围0℃-99℃
(2)精度误差小于0.5℃
(3)LED数码直读显示
(4)可以任意设定温度的上下限报警功能
1.2数字温度计设计方案论证
方案一
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
方案二
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
1.3总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机STC89S52,温度传感器采用DS18B20,用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图1.1 总体设计方框图
第二章系统组成及工作原理
2.1DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下:
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
●无须外部器件;
●可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
●零待机功耗;
●温度以9或12位数字;
●用户可定义报警设置;
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;
●负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作;
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2.1所示。
图2.1DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限。
TO-92封装的DS18B20的引脚排列见下图2.2,其引脚功能描述见下:
1.GND地信号
2.DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。
3.VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
图2.218B20管脚图
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图3所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图2.3所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
CRC
图2.3 DS18B20字节定义
表2.1
由表2.1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;
当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T<TL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
DS18B20的测温原理,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。
表2.2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为:
初使化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式,如图2.4所示单片机端口接单线总线,为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。
图2.4DS18B20与单片机的接口电路
2.27段LED数码管电路及原理
7段LED数码管是利用7个LED(发光二极管)外加一个小数点的LED组合而成的显示设备,可以显示0~9等10个数字和小数点,使用非常广泛。
这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种,共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com,而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp(小数点);
共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com,而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp(小数点),如下图2.5所示。
图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应,通过控制各个LED的亮灭来显示数字。
图2.5
还有一种比较常用的是四位数码管,内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线,为人们的使用提供了方便,因为里面有4个数码管,所以它有4个公共端,加上a~dp,共有12个引脚,下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图(共阳的与之相反)。
引脚排列依然是从左下角的那个脚(1脚)开始,以逆时针方向依次为1~12脚,下图中的数字与之一一对应。
2.3系统整体硬件电路
温度计电路设计原理图如图2.6所示,控制器使用单片机STC89C52,温度传感器使用DS18B20,用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。
度显示电路
图2.6数字温度计电路原理图
第三章系统程序的设计
系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序等。
3.1主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图3.1所示。
图3.1主程序流程图图3.2读温度流程图
3.2读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图3.2示
3.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如图3.3所示
图3.3温度转换流程图
3.4计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定,其程序流程图如图3.4所示。
图3.4 计算温度流程图图3.5 显示数据刷新流程图
第四章实验、调试及测试结果分析
4.1硬件调试
检查印制板及焊接的质量情况,在检查无误后可通电检查LED显示器。
若亮度不理想,可以调整P0口的电阻大小,一般情况取200欧电阻即可
4.2软件调试
在KeilC51编译下进行,源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行,最后结合硬件实时调试
通过以上检查后,将电路通电查看是否按要正常工作,实验最终结果显示实验成功
下面分别为面包板方真电路图、实物图。
1,正常示温
2,温度下限设置
3,温度上限设置
4,竣工
第五章总结与体会
经过将近两周的单片机课程设计,终于完成了我的数字温度计的设计,达到设计要求,从心底里说,毕竟这次设计把实物都做了出来,高兴之余不得不深思呀!
在本次设计的过程中,我发现很多的问题,虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多,单片机课程设计重点就在于软件算法的设计,需要有很巧妙的程序算法,虽然以前写过几次程序,但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事,举个例子,以前写的那几次,数据加减时,我用的都是BCD码,这一次,我全部用的都是16进制的数直接加减,显示处理时在用除法去删分,感觉效果比较好,有好多的东西,只有我们去试着做了,才能真正的掌握,只学习理论有些东西是很难理解的,更谈不上掌握。
从这次的课程设计中,我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,学习单机片机更是如此,程序只有在经常的写与读的过程中才能提高,这就是我在这次课程设计中的最大收获。
附录一程序代码
/******************************************************************
程序名称:
DS18B20温度测量、报警系统
简要说明:
DS18B20温度计,温度测量范围0~99.9摄氏度
可设置上限报警温度、下限报警温度
即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警
默认上限报警温度为31℃、默认下限报警温度为20℃
报警值可设置范围:
最低上限报警值等于当前下限报警值
最高下限报警值等于当前上限报警值
将下限报警值调为0时为关闭下限报警功能
最后更新:
11/6/25日早
******************************************************************/
#include<
reg52.h>
//52系列头文件
stdio.h>
#defineucharunsignedchar//宏定义uchar
#defineuintunsignedint//宏定义uint
sbitds=P3^6;
//定义DS198B20的io口
sbitbeep=P3^7;
//定义蜂鸣器的io
uinttemp,t,w;
//定义整型的温度数据
ucharflag;
floatf_temp;
//定义浮点型的温度数据
uintlow;
//定义温度下限值是温度乘以10后的结果
uinthigh;
//定义温度的上限值
sbits1=P3^1;
//功能键控制io
sbits2=P3^2;
//增大按键io
sbits3=P3^3;
//减少键控制io
ucharflag1,flag2,flag3,flag4,s1num,qian,bai,shi,ge;
ucharcodetable[]=
{
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,
0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,
};
//共阳数码管段码表没有小数点0~9
ucharcodetable1[]=
{0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,
0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};
//带小数点的编码0~9
voiddelay(ucharz)//延时函数
{
uchara,b;
for(a=z;
a>
0;
a--)
for(b=100;
b>
b--);
}
voidinit()
EA=1;
//打开全局中断控制,再此条件下,由各个中段控制位确定相应中断的打开和关闭
ET1=1;
//打开定时器T1中段
TR1=1;
//启动定时器T1
TMOD=0x10;
//定时器1工作方式1
TH1=(65536-4000)/256;
//给定时器高四位赋初值
TL1=(65536-4000)%256;
//给定时器第四位赋初值
flag=0;
low=200;
//下限温度是20
high=300;
//上限温度是30
voiddidi()//高温报警
beep=0;
//蜂鸣器打开
delay(500);
//延时
beep=1;
//蜂鸣器关闭
voiddsreset(void)//DS18b20复位,初始化函数
uinti;
ds=0;
i=103;
//延时最短480us
while(i>
0)i--;
ds=1;
//等待16-60us,收到低电平一个约60-240us则复位成功
i=4;
bittempreadbit(void)//读1位数据函数
bitdat;
i++;
//i++起到延时作用
dat=ds;
i=8;
0)i--;
return(dat);
uchartempread(void)//读1字节的数据函数
uinti,j,dat;
dat=0;
for(i=1;
i<
=8;
i++)
j=tempreadbit();
dat=(j<
<
7)|(dat>
>
1);
//读出的数据最低位在最前面,这样刚好一个字节在dat里
}
voidtempwritebyte(uchardat)//向DS18B20写一个字节的数据函数
ucharj;
bittestb;
for(j=1;
j<
j++)
testb=dat&
0x01;
dat=dat>
1;
if(testb)//写1
i++;
0)
i--;
else//写0
voidtempchange(void)//DS18B20开始获取温度并转换
dsreset();
delay
(1);
tempwritebyte(0xcc);
//写跳过读ROM指令