红外遥控多点温度采集系统.docx

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红外遥控多点温度采集系统

郑州大学

本科毕业论文

题目红外遥控多点温度采集系统

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

红外遥控多点温度采集系统

摘要

温度的检测并报警在现今生产生活和工业控制过程中得到越来越广泛的应用，要求也越来越高。

本设计采用美国Dallas半导体公司推出的DS18B20型温度传感器，依据DS18B20的单线协议和一些操作指令，首先读取每个传感器的序列号，并确定传感器对应各点位置关系，由单片机控制循环显示各点的温度值。

显示部分采用数码管，亮度大，更适合远距离观察。

采用目前广泛应用的红外遥控技术，完成各点温度报警上下限的设置。

单片机依据按键进行解码完成相应的操作，并能依据设定的温度报警上下限做出报警处理。

实践证明该系统工作稳定，成本低廉，操作方便，在现实中有广泛应用[1]。

关键词单片机/DS18B20/红外遥控/数码管/多点采集

THESYSTEMOFMULTIPOINTTEMPERATURE

ACQUISITIONBASEDON

INFRAREDREMOTECONTROL

ABSTRACT

Themeasureandalarmoftemperatureisusedmoreandmoreinmodernproduction,lifeandindustrialprocesscontrolfield.WeuseonedigitalthermometercalledDS18B20producedbyDallasSemiconductorCorporationinAmerica.Accordingtothe1-WireprotocolandsomeoperationcommandswecanreadtheserialnumberofanyDS18B20thenconfirmtherelationoftheDS18B20anditslocation.Controlledbymicrocontrollerthevalueoftemperatureanditslocationwillbedisplayedinacycle.ThemoduleofdisplayuseLED,thenumberisbiggerandlighterthanLCDsoitismoresuitableforalong-distanceobservation.AdoptthetechnologyofRemoteInfraredControlwhichappliedextensivelycurrentlytoachievethedisplayoftemperatureinrandomway.Themicrocontrollerwilldecodethekey-pressandfinishanoperationaccordingtothekey-press.Thefulfillmentprovedthatthesystemworksstably,thecostischeap,theoperationisconvenience,soitwillhaveafar-rangingapplicationinthereality.

KEYWORDSMCU,DS18B20,RemoteControl,MultipointTemperatureAcquisition

1绪论

1.1红外遥控温度采集系统的应用价值

温度检测并报警在现代的生活、生产特中得到了越来越广泛的应用，要求也越来越高。

近几年来，许多数字温度传感器相继问世，如AD公司的AD系列温度传感器、Dallas半导体公司的DS18B20系列温度传感器等，这些新型温度传感器的问世大大简化了温度检测装置的设计方案，稳定性高，并且能够直接将温度模拟量转换为数字量，便于计算机综合处理。

在特殊场合，由于不同的设备对温度的要求不相同，报警上下限自然也就不同，单点温度检测难以实现。

用红外遥控器设置温度报警上下限电路简单，工作稳定，操作方便。

1.2系统设计的必要性分析

目前市场上流行的数字温度采集系统主要有3类：

第一种是仪表式单点数字温度计，并且基本上都是LCD显示，不适合夜间观察，也不具有温度报警功能，价格比较便宜。

第二种是多点温度计，目前主要用在对局部温度要求较高的场合，其中很多是进口产品。

虽然价格很昂贵，但是仍然没有红外遥控操作模块。

由此可见，设计一种红外遥控多点温度采集系统，不仅服务了社会，同时又满足了市场需要，具备一定的经济价值。

2系统单元模块介绍

整个系统主要包括温度采集模块，运算控制模块，红外遥控通信模块，数码管显示模块和报警模块几部分构成。

在进行设计前首先对各个单元模块的功能进行介绍。

2.1温度采集模块

2.1.1温度传感器的选择

温度传感器是一种将温度转换为电量的装置。

主要分为三大类：

第一类是热电偶。

它是将温度变化转化为电势变化的装置，自19世纪发现热电效应以来热电偶被广泛用于测量100到1600摄氏度的温度，同时还可以根据需要测量更低或更高的温度，主要用于高温测量；第二类是热电阻。

它是将温度的变化转换为电阻值的变化。

然后通过电桥使电阻两端的电压发生变化，主要用于中低温度的测量；第三类是集成温度传感器。

它将温度的变化转换为电压或电流的变化。

常见的如模拟输出式温度传感器AD590和数字输出式温度传感器DS18B20。

其中DS18B20测温范围从-50摄氏度到正125摄氏度，每个元件有唯一的序列号，支持多点温度采集。

由于此设计主要用来监控室温内设备各点的温度，并且是多点温度采集，所以选用DS18B20作为温度传感器[2]。

2.2DS18B20温度传感器

2.2.1DS18B20的特点

DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的一款新型可编程分辨率的单线数字温度传感器。

它有如下特色：

1.独特的一线接口，只要求用一个引脚进行通讯。

2.可以进行多点简化分布式的温度采集。

3.不需要外接任何辅助组件。

4.可以从数据在线获取电压，电压的范围是3～5伏。

5.待机状态下不消耗能量。

6.测温范围-55-128摄氏度，相当于华氏温度的-67～+253度。

7.在-10到85摄氏度的范围之内，精确度达到0.5摄氏度。

8.温度分辨力在9位到12位之间可编程。

9.把温度转换为12位的数字温度最多只需要750ms。

8.具有用户自定义可变温度报警设置。

还可以进行报警命令的抵制识别，以便确认是那个温度传感器发出报警。

10.应用的范围涵盖温度控制，工业系统，消费品，温度计，和任何对热量敏感的系统[3]。

DS18B20芯片外形和封装如图2-1：

图2-1DS18B20的外形和封装

引脚功能：

GND电压地DQ:

单数据总线VDD:

电源电压NC:

空引脚

2.2.2DS18B20内部结构

（1）DS18B20的内部结构如图2-2：

图2-2DS18B20内部结构图

（2）ROM存储器用来存放DS18B20的编码如表2-1:

表2-164光刻ROM数据结构

8位CRC冗余校验码

48位序列号

8位家族编码（28H）

最高位

最低位

（3）读取温度时，低八位和高八位的详细数据格式如下表2-2：

表2-2温度数据结构

2.2.3DS18B20的操作流程

（1）初始化：

1-Wire总线上所有的转换开始于初始化序列。

初始化序列是有主机发出复位脉冲和从机发出的应答脉冲组成。

应答脉冲使主机知道DS18B20在总线上，并且开始操作。

（2）ROM命令：

一旦主机检测到存在脉冲就可以发出五个ROM功能命令其中的一个所有ROM功能命令长度为8位。

（3）存储器命令：

在ROM完成之后紧接着有主机发送,以便为数据交换准备。

（4）数据交换：

通过严格的读写时序完成[4]。

2.2.4DS18B20ROM命令

（1）读ROM[33H]：

这个命令允许总线控制器读到DS18B20的64位ROM。

只有当总线上只存在一个DS18B20的时候才可以使用此指令，如果挂接不只一个，当通信时将会发生数据冲突。

（2）MatchROM命令[55H]：

此条命令发出后，读取64位ROM数据，允许总线主机读取总线上特定的DS18B20的。

（3）跳过ROM命令[CCH]：

这条指令使芯片不对ROM编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。

如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。

（4）搜索ROM[F0H]:

当系统启动初始化时，总线主机可能不知道的设备的数目，用此条指令通过序列号排除法进行搜索。

2.2.5DS18B20存储器操作命令

（1）写暂存器命令[4EH]：

写入DS18B20时是从TH寄存器开始，另外的三个字节将会被保存在第2到第4的地址单元[5]。

（2）读暂存器命令[BEH]：

读取暂存器中的内容，读取过程将会从第0个字节开始一直读到第8个字节。

（3）复制暂存器的内容[48H]：

把暂存器中的内容复制到EEPROM中，把温度触发器B的TH和TL中的内容复制到非易失性储存单元中。

（4）温度转换命令[44H]:

这条指令用来开启一次温度转换[6]。

2.2.6DS18B20的操作时序

（1）DS18B20初始化时序如下图2-3：

图2-3DS18B20初始化时序

（2）主机写时序如下图2-4：

图2-4主机写0写1时序

（3）主机读时序如图2-5：

图2-5主机读0读1时序

编程时必须严格按照时序图，详细程序见附录1。

2.3运算控制模块

2.3.1AT89S52单片机的主要参数及性能

本设计选用被普及使用的性价比很高的微处理器AT89S52作为系统核心，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

它还有256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止[7]。

2.3.2AT89S52单片机引脚功能介绍

（1）AT89S52单片机的引脚分布如下图2-6：

图2-6AT89S52单片机引脚分布图

（2）单片机的P1附加功能如表2-4，P3附加功能如表2-5。

表2-3P1特殊功能

引脚号

第二功能

P1.0

T2（外部定时计数器输入）,时钟输出

P1.1

T2EX（定时计数器T2的）捕捉重载触发信号

P1.5

MOSI（在线编程系统用）

P1.6

MISO（在线编程系统用）

P1.7

SCK（在线系统编程用）

表2-4P3特殊功能

引脚号

第二功能

P3.0RXD

串行输入口

P3.1TXD

串行输出口

P3.2/INT0

外部中断0

P3.3/INT1

外部中断1

P3.4T0

计时器0外部输入

P3.5T1

计时器1外部输入

P3.6/WR

外部数据存储器写选通

P3.0/RD

外部数据存储器读选通

2.4红外遥控通信模块

2.4.1红外通信简介

红外线遥控器已被广泛使用在各种类型的家电产品上，它的出现给使用电器提供了很多的便利。

红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接收设备两大部分组成（如图2-7）。

红外发射装置又可由键盘电路、红外编码芯片、电源和红外发射电路组成。

红外接收设备可由红外接收电路、红外解码芯片、电源和应用电路组成。

通常为了使信号能更好的被传输发送端将基带二进制信号调制为脉冲串信号，通过红外发射管发射。

常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。

图2-7红外遥控原理简图

在同一个遥控电路中通常要使用实现不同的遥控功能或区分不同的机器类型，这样就要求信号按一定的编码传送，编码则会由编码芯片和相关电路完成。

对应于编码芯片通常会有相配对的解码芯片或包含解码模块的应用芯片。

本设计使用集成红外一体化接收头1838，内部含有滤波电路和放大电路，大大简化了红外接收电路[8]。

2.4.2红外编解码原理

（1）载波波形

使用455KHz晶体，经内部分频电路，信号被调制在37.91KHz，占空比为3分之1调制频率（晶振使用455KHz时）fCAR=1/Tc=fOSC/12≈38KHzfOSC是晶振频率占空比=T1/Tc=1/3如下图2-8：

图2-8红外载波波形

（2）红外发射数据格式：

数据格式包括了引导码、用户码、数据码和数据码反码，编码总占32位如：

图2-9，数据反码是数据码反相后的编码，编码时可用于对数据的纠错。

图2-9红外发射数据格式

本设计使用红外遥控器的主控芯片TC9012使用455KHz晶振时各代码所占的时间如图2-10：

图2-10红外发射数据时序

（3）位定义

用户码或数据码中的每一个位可以是位‘1’，也可以是位‘0’。

区分‘0’和‘1’是利用脉冲的时间间隔来区分，这种编码方式称为脉冲位置调制方式，英文简写PPM。

脉冲波形如图2-11，图2-12：

（4）红外解码

红外解码的方式多种多样，本设计中用单片机解码。

将红外接收头的输出端接在单片机的外部中断的输出端，在通过定时器算出两个下降沿之间的时间，然后判断所得到的是0或1。

再将八个数字进行合并，就得到一组代码，然后把代码编码以完成相应的动作。

图2-11位0时序图2-12位1时序

2.5显示模块

2.5.1显示元件介绍

目前常用的显示元件有液晶和数码管。

液晶显示的字符的种类较多，但是显示的亮度较低，显示的数字较小。

数码管显示数字十分方便，并且亮度较量，适合远距离的观察。

本设计采用的是简单的数字显示，所以采用数码管显示，由于显示的数据位数较多，采用两个四位的共阳数码管联合作为基本显示单元。

数码管的引脚分布如图2-13：

图2-13数码管引脚分布

2.5.2数码管显示方式

数码管有两种显示方式：

静态显示和动态显示。

静态显示电路简单，只可以显示固定的数字。

动态扫描显示通过人眼的视觉暂留效应，形成一组数字，但是电路中为了稳定显示，保证显示的亮度，节约单片机的IO口，常采用锁存器74HC573作为辅助元件，控制位选和段选。

74HC573锁存器的引脚分布如图2-13。

图2-1374HC573引脚分布

其中D0-D7是数据输入端口,Q0-Q7是数据输出端口，OE是输出使能端，LE是锁存使能端，如表2-4（其中的H表示高电平，L表示低电平，X表示无效，Z表示高阻）。

表2-574HC573引脚功能表

2.6报警模块

2.6.1蜂鸣器介绍

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，广泛应用于计算机、打印机、复印机等电子产品中作发声器件。

蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

按有无振荡源可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

不管是压电式还是电磁式都有有源和无源的差别。

蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示[9]。

本设计的报警系统要求不高，只要当温度在超过报警限时可以发出声音提示报警即可，所以可以用直流电压驱动的电磁式有源蜂鸣器。

由于单片机IO口的驱动能力有限，蜂鸣器发出的声音较小，可以用三极管进行电流放大。

单片机的输出端口在正常情况下是高电平，而正常情况下蜂鸣器不发声，所以选用PNP三极管，并且在基极要加一个限流电阻。

详细的电路图见硬件电路图4-6。

3系统实现的总体方案

3.1系统设计总体方案

系统设计的基本要求是在正常情况下，巡回检测各个点的温度，由于不止一个温度传感器所以第一步就是要知道每个温度传感器的序列号，建立每个DS18B20序列号与位置的关系。

通过红外遥控器可以设置每个DS18B20的温度报警上下限，当达到报警限时可以通过蜂鸣器实现报警。

每一种状态都要在数码管上有对应的显示。

所以可以用红外遥控器上的一个键设置为总的设置开关，来切换多点温度巡回检测和设置温度报警上下限这两种最基本的状态。

再用两个按键分别定义为高温保温设置键和低温报警设置键。

当高温报警设置键按下一次，数码管显示1号报警上限值，第二次按下，以此类推，第n次按下时将显示第n号DS18B20的报警上限值。

之后按下增加键和减少键将会对应不同号的DS18B20完成温度增加和减少的操作。

在用红外遥控器实现人机对话时，要用单片机进行解码，所以用外部中断0和定时器0配合实现红外解码。

用相应的标志位快速记下相关按键按下的信息，在主程序中根据相应的标志位完成对应的操作。

由于设置了多个温度报警上下限，所以报警不仅和所测温度有关还和对应的编号有关。

巡回检测可以启用定时器1，利用定时器中断，实现一定的时间间隔，在间隔中对每一点的温度进行实时的温度检测。

总如图3-1。

图3-1系统总体流程图

3.2系统实现的具体方法

3.2.1DS18B2