基于ARM7的温度报警系统的设计.docx
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基于ARM7的温度报警系统的设计
《嵌入式系统原理及应用》
课程设计
题目：
基于ARM7温度监测系统设计
物联网工程学院
班级自动化1002
学号**********
姓名李家成
二〇一三年十一月
基于ARM7的温度监测系统的设计
摘要
本系统基于ARM7LPC2210、温度传感器DS18B20、液晶屏LCD1302、LED显示灯，开关等组成，系统可以实现对温度的初值设定、环境温度监控以及当温度超限时，产生报警LED闪烁）同时通过串口通信发送上位机显示，从而实现对温度的监控。
该系统硬件结构简单，监控温度范围大，精度高，能广泛应用于对温度控制要求较高的各种场合，市场前景广阔。
关键词：
LPC2210DS18B20LCD1602温度超限报警
1引言...................................................3
2系统总体方案............................................3
3硬件设计
3.1DS18B20温度传感器的设计......................................4
3.2LCD1602液晶显示屏的设计......................................5
3.3串口设计....................................................6
3.4程序硬件接线图...............................................6
4程序代码设计及调试仿真
4.2液晶显示功能模块............................................7
4.3串口通信模块................................................8
4.4主函数功能模块...............................................9
6设计结果演示...........................................9--10
7设计体会.................................................11
1引言
近年来随着科技的飞速发展，嵌入式的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的嵌入式应用系统中，嵌入式往往作为一个核心部件来使用，仅嵌入式方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
温度是一种最基本的环境参数，人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在工业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和控制具有重要的意义。
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器，通过此次项目设计，可以在原有的理论基础上，更加深入的了解传感器的工作原理特别是DS18B20温度传感器的工作原理，同时提高我们的实践动手能力以及逻辑思维能力，特别是拓宽了对ARM控制器的使用视野。
本系统采用LPC2210系列ARM芯片和可编程串行I/O接口芯片DS18B20为中心器件来设计温度监测系统，实现了设计一个数字温度采集并监控的系统，利用LCD液晶屏和上位机显示温度，并具有温度超限报警功能，该系统能广泛应用于各种行业，例如智能家居系统，化工厂和酿酒厂，市场前景广阔，具有很高的实用价值。
2系统的总体方案
系统初始化后，LCD和上位机上显示当前室内温度，通过功能键能实现对温度初值的设定，如果温度超过预先设定的温度值，LED灯会闪烁提示温度超限，上位机会显示警告，提醒值班人员检查温度异常的原因。
1.液晶显示模块
LCD1602资料介绍
使用LCD液晶屏1602作为温度的显示，LCD液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
显示清晰，实现功能全，如果利用数码管显示温度，则不能顺利显示英文而且还会用到锁存器，这会导致系统更加繁杂，综合各种考虑，我们选用1602液晶显示。
此外，此液晶的功耗小，显示内容丰富。
如果要想液晶显示汉字，我们可以选择另外一种芯片LCD12864。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：
VSS为电源地
第2脚：
VCC接5V电源正极
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平
（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。
第6脚：
E（或EN）端为使能（enable）端,高电平
（1）时读取信息，负跳变时执行指令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据端。
第15～16脚：
空脚或背灯电源。
15脚背光正极，16脚背光负极。
LCD1602最重要的部分是第4,5,6三个引脚。
这三个引脚决定了数据的读和写，我们写程序的重点是控制这三个引脚的状态
2.温度传感器设计
DS18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
由于DS18B20性能已经够好，控制起来也比较方便，故我们直接选用DS18B20作为温度传感器。
在仿真图中的引脚安装
DS13820采用独特的单口接线方式传输，在与微处理器连接时只需要一条口线即可实现微处理器与DS1380的双向通信，不需要外围元件，外加电压范围是3.0——5.5V,测量温度范围是-55℃——125℃.在-10℃到+85℃的范围内的固有分辨率是0.5℃，测量结果以9位到12位的数字量方式直接输出数字信号，以“一线总线”方式传给CPU,,同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰能力，适用于环境恶劣的现场温度测量。
由于它的这种特性，我们只需要把它的引脚与ARMP1.25相连即可，VCC接电源，GND接地（如在仿真中的接线图）整个操作主要包括三个关键过程：
主机搜索DS18B20序列号、启动在线DS18B20做温度转换、读取温度值。
DS18B20严格遵循单总线协议，工作时，主机先发一复位脉冲，使总线上的所有DS18B20都被复位，接着发送ROM操作指令，使序列号编码匹配的DS18B20被激活，准备接受下面的RAM访问指令。
RAM访问指令控制选中的DS18B20工作状态，完成整个温度转换，读取等工作。
在ROM命令发送之前,RAM命令命令不起作用。
3.串口的设计
LPC2210含有两个符合工业标准的异步串行口，UART0和UART1。
系统仿真接线图
RXD和TXD分别连接ARM的P0.1和P0.0上位机的RXD和也和ARM的P0.0相连。
系统报警模块用一个LED灯模拟，当出现状况时，LED灯会不停的闪烁，达到报警的目的。
系统硬件总设计图
4软件代码设计及调试仿真结果
软件设计时用到了模块化设计思想，代码包含了若干个头文件，包括lpc2100.h，stdio.h，ds18b20.h，lcd.h，uart.h
下面我们截取重要的几个头文件程序进行并分析
LCD液晶模块程序设计（部分）
voidChkBusy（）
{
IO0DIR=0xf0;
while
（1）
{
IO0CLR=rs;
IO0SET=rw;
IO0SET=en;
if（!
（IO0PIN&busy））break;
IO0CLR=en;
}
IO0DIR=0xffffffff;
}
voidWrOp（uint8dat）
{
ChkBusy（）;
IO0CLR=rs;
IO0CLR=rw;
IO0CLR=IO0CLR|0xff00;//先清零
IO0SET=dat<<8;//再送数
IO0SET=en;
IO0CLR=en;
}
voidWrDat（uint8dat）
{
ChkBusy（）;
IO0SET=rs;
IO0CLR=rw;
IO0CLR=IO0CLR|0xff00;//先清零
IO0SET=dat<<8;//再送数
IO0SET=en;
IO0CLR=en;
}
voidlcd_init（void）
{
WrOp（0x38）;
WrOp（0x06）;
WrOp（0x0c）;
}
第一个函数作用是监测lcd是否忙碌，第二个函数是用来写数据的，rs，rw，en的状态很重要，是正确读数据的关键，第三个函数是写指令的函数，和前一个一样，rs，rw，en状态是很关键的，最后一个是lcd的初始化函数，其他函数在这里不做介绍。
UART串口程序设计（部分）
voidUART0_Init（void）
{
uintFdiv;
U0LCR=0x83;//8位数据，无效验，一个停止位,除数锁存访问（DLAB=1，可设置波特率）
Fdiv=（Fpclk/16）/UART_Baud;//设置波特率,Fpclk=11059200
U0DLM=Fdiv/256;//设置分频寄存器高字节
U0DLL=Fdiv%256;//设置分频寄存器低字节
//U0DLL=72;//12MHz或11.0592MHz
//U0DLL=97;//15MHZ
U0LCR=0x03;
}
uint8UART0_GetByte（void）
{uint8rcv_dat;
while（（U0LSR&0x01）==0）;//等待接收标志置位
rcv_dat=U0RBR;//读取数据
return（rcv_dat）;
}
voidUART0_SendByte（uint8data）
{
U0THR=data;//发送数据
while（（U0LSR&0x20）==0）;//等待数据发送完毕0x40
}
voidUART0_SendStr（uint8const*str）
{
while
（1）
{
if（*str=='\0'）
{
break;
}
UART0_SendByte（*str++）;//发送数据
}
}
voidUART0_GetStr（uint8*s,uint32n）
{for（;n>0;n--）
{*s++=UART0_GetByte（）;}
}
voidUART0_SendChar（intch）
{
if（ch=='\n'）{
while（!
（U0LSR&0x20））;
U0THR=0x0D;
}
while（!
（U0LSR&0x20））;
U0THR=ch;
}
主函数程序设计（部分）
#defineUART_Baud9600
#include"DS18B20.h"
#include"LCD.h"
#include"UART.h"
#defineLED1（1<<17）//
uint16set_temp=150;//设定温度为15度，超过的话则报警，串口出现warningLED1开始闪烁。
。
uint16measure_temp=0;
void__irqIRQ_T0（void）
{
T0TCR=0;//计数器使能
measure_temp=ReadTemp（）;
ConvertTemperature（measure_temp）;//温度转换
if（measure_temp>set_temp）
{IO1CLR|=LED1;
Delayms（100）;
IO1SET|=LED1;
Delayms（100）;
UART0_SendStr（"WARNING!
！
TOOHIGH!
！
"）;
DisText（0xc4,Tp）;
}
else
if（measure_temp<100）//小于10度，则报警
{IO1CLR|=LED1;
Delayms（100）;
IO1SET|=LED1;
Delayms（100）;
UART0_SendStr（"WARNING!
！
TOOLOW！
！
"）;
DisText（0xc4,Tp）;
}
else
UART0_SendStr（"NORMOL！
！
"）;
UART0_SendStr（Tp）;//发送温度
UART0_SendStr（"\r\n"）;//回车
DisText（0xc4,Tp）;//显示当前温度
T0IR=0x02;//清除MR1中断标志
VICVectAddr=0x00;//通知VIC中断处理结束
T0TCR=1;//计数器使能
}
在以上程序是环境温度起判断作用的关键，设定安全温度为15℃和10℃，当环境温度高于15℃或者低于10℃时，系统报警，LED灯开始闪烁。
当温度正常时，LED的状态为熄灭。
5.程序调试及仿真
1.环境温度在正常范围内时：
2.环境温度过低
（截图原因LED实为闪烁状态）
3.环境温度过高
（截图原因LED实为闪烁状态）
6设计体会
调试取得成功，达到了设计的目的，系统能够实现温度的超限报警功能，系统不足之处是初始温度只能通过软件方法进行设置，解决办法是可以加入两组按键进行初始温度的设置，可以做的改进有在液晶上加入时间模块，这样会使整个系统的功能更完整，资源得到最大限度的利用，减少资源浪费，产生最大的经济效益。
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