温度报警器俞晓星.docx
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温度报警器俞晓星
题目名称：
温度报警器
姓名：
俞晓星（18）报告整理
郑鹏（29）程序设计
朱李君（25）软件整理
蔺冰200833405131软件调试
班级：
测控082
日期：
2011.07.01
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药库温度报警系统，本温度报警系统可以设置报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
一、设计任务
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，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用4位共阴极LED数码管实现温度显示,能准确达到以上要求。
二、项目目标设计
学习温度报警器的基本工作原理；
学习PCF8563芯片报警的基本工作原理；
掌握PCF8563芯片在本开发板中的应用方法和原理；
熟悉通过82C55并行扩展芯片进行控制信号输出的编程技巧；
掌握温度报警的控制电路的硬件连接方法；
熟练掌握以上5点之后，根据课后给出的实验问题，以组或个人为单位，在规定时间里完成教师布置的任务。
三、方案选择
1、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
2、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AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用2位LED数码管以并口传送数据实现温度显示。
图1总体设计方框图
3、主控制器
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
4、显示电路
显示电路采用2位共阳LED数码管，从P1口输出待显示的数据。
5、温度传感器
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所示。
图2DS18B20内部结构框图
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。
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。
由表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。
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。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。
主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,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。
6、DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
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，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。
7.C语言源程序
#include
#include
#include"I2C.h"
#include"ZLG7290.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineLCDCMDPortXBYTE[0x5ffc]//LCD命令字的地址
#defineLCDStatusPortXBYTE[0x5ffd]//LCD状态标志端口
#defineLCDWdataPortXBYTE[0x5ffe]//LCD写数据端口
#defineLCDRdataPortXBYTE[0x5fff]//LCD读数据端口
#defineBusy0x80//LCD忙判别位
#defineAsci48
#definePC8255XBYTE[0x3ffe]//8255端口C的地址
#defineCOM8255XBYTE[0x3fff]//8255命令字的地址
ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,
0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//温度小数部分用查表法
uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//读出温度暂放
uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//显示单元数据,共4个数据,一个运算暂存用
ucharcodeDispDat[10]={0xFC,0x60,0xDA,0xF2,0x66,0xb6,0xBE,0xE0,0xFE,0xF6};
//字符'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'在ZLG7290中的显示译码
ucharcodeDispDatdot[10]={0xFD,0x61,0xDB,0xF3,0x67,0xb7,0xBF,0xE1,0xFF,0xF7};
//字符'0.','1.','2.','3.','4.','5.','6.','7.','8.','9.'在ZLG7290中的显示译码
codecharexampl[]="CURRENTTEMPTURE:
\n";//定义静态显示字符串
sbitcs138=P1^6;//74HC138的选通端口
sbitDQ=P1^7;//温度输入口
/***1602LCD的函数声明***/
voidDelay400Ms（void）;//长延时
voidDelay5Ms（void）;//短延时
voidLcdWritedata（charDataW）;//LCD写数据函数声明
voidLcdWriteCommand（ucharCMD,ucharAttribC）;//LCD写命令函数声明
voidLocateXY（charposx,charposy）;//LCD定位函数声明
voidLcdReset（void）;//LCD复位函数声明
voidDisplayOneChar（ucharx,uchary,ucharWdata）;//LCD显示一个字符函数声明
voidePutstr（ucharx,uchary,ucharcode*ptr）;//在LCD指定位置显示字符串子函数
/***DS18B20的函数声明***/
voiddelay（uintt）;
voidDS18B20_reset（void）;//DS18B20复位函数
voidDS18B20_WriteByte（ucharval）;//向1-WIRE总线上写一个字节
ucharDS18B20_ReadByte（void）;//从总线上读取一个字节
voidRead_Temperature（）;//读出温度函数
voidHandle_Temperature（）;//温度数据处理函数
voidLcdLed_show（）;//液晶和数码管显示温度数据
/*********************************主函数***************************************/
voidmain（void）
{
uchari;
cs138=0;
//选通74HC138的使能端
COM8255=0x80;//8255的初始化，PA,PC口为输出
PC8255=0x00;//选通74HC138的使能端
LcdReset（）;//LCD初始化
ePutstr（0,0,exampl）;//从LCD（0,0）位置开始的第一行，显示静态字符串exampl
DS18B20_WriteByte（0xCC）;//SkipROM
DS18B20_WriteByte（0x44）;//发温度转换命令
for（i=0;i<6;i++）Delay400Ms（）;//延时2秒等待转换
while
（1）
{
Read_Temperature（）;//读出18B20温度数据
Handle_Temperature（）;//处理温度数据
LcdLed_show（）;//液晶和数码管同时显示温度数据
if（display[2]>2&&display[1]>1）
PC8255=0x01;
elsePC8255=0x00;
}
}
/*********************************主函数结束************************************/
voidLocateXY（charposx,charposy）//指定LCD被写位置子函数；
{
uchartempb;
tempb=posx&0xf;//确保列数在0～15的范围内取值；
posy&=0x1;//确保行数在0和1之间取值；
if（posy）tempb|=0x40;//若是第二行，DDRAM的地址必须加0x40；
tempb|=0x80;//形成DDRAM写入指令；
LcdWriteCommand（tempb,0）;//通知DDRAM准备写入数据；
}
voidDisplayOneChar（ucharx,uchary,ucharWdata）//显示一个字符子程序
{
LocateXY（x,y）;
LcdWritedata（Wdata）;//向DDRAM准备写入一个字符；
}
voidLcdReset（void）
{
LcdWriteCommand（0x38,0）;//DL为1，N为1，F为0，设置LCD为8位2行5x7点阵显示，
//不等待忙标志；
Delay5Ms（）;
LcdWriteCommand（0x38,0）;
Delay5Ms（）;
LcdWriteCommand（0x38,0）;
Delay5Ms（）;
LcdWriteCommand（0x38,1）;//设置LCD为8位2行5x7点阵显示并等待忙标志；
LcdWriteCommand（0x08,1）;//D为0，C为0，B为0，设置显示器开、光标无、闪烁无；
LcdWriteCommand（0x01,1）;//清屏，置AC为0；
LcdWriteCommand（0x06,1）;//I/D为1，光标自动右移；
LcdWriteCommand（0x0c,1）;//D为1，C为0，B为0，设置显示器开、光标无、闪烁无；
}
voidLcdWriteCommand（ucharCMD,ucharAttribC）
{
if（AttribC）while（LCDStatusPort&Busy）;//根据AttribC的取值确定是否等待LCD的忙标志；
LCDCMDPort=CMD;//给LCD命令口赋值；
}
voidLcdWritedata（charDataW）
{
while（LCDStatusPort&Busy）;//等待LCD的忙标志是否结束；
LCDWdataPort=DataW;//向LCD数据口写入数据；
}
voidDelay5Ms（void）//短延时
{
uinti=5552;
while（i--）;
}
voidDelay400Ms（void）//长延时
{
uinti=5;
uintj;
while（i--）
{j=7269;
while（j--）;
};
}
voidePutstr（ucharx,uchary,ucharcode*ptr）//在LCD指定位置显示字符串子函数；
{
uchari,l=32;
for（i=0;i{
DisplayOneChar（x++,y,ptr[i]）;//在LCD指定位置显示一个字符；
if（x==16）//若x为16已到行尾，换行使x＝0重起一行，
{x=0;y^=1;}//y的异或运算确保重起的行与原来的行不一样；
}
}
voidDS18B20_reset（void）//DS18B20复位函数
{
charExist=1;//设置DS18B20存在标志
while（Exist）//DS18B20是否存在
{
while（Exist）//DS18B20是否存在
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;//1-WIRE总线置高2us准备写过程
DQ=0;delay（50）;//1-WIRE总线置低550us满足复位延长时间条件
DQ=1;delay（6）;//1-WIRE总线置高66us满足复位延长时间条件
Exist=DQ;//检测存在标志Exist=0，条件满足DS18B20存在继续下一步
}
delay（45）;//延时500us，Exist消失，此时DQ已被上拉电阻置高
Exist=~DQ;//DQ置高，退出循环
}
DQ=1;//1-WIRE总线置高完成复位过程
}
voidDS18B20_WriteByte（ucharval）//通过1-WIRE总线向18B20写一个字节
{
uchari;
for（i=8;i>0;i--）//循环1个字节位数
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;//1-WIRE总线置高2us准备写过程
DQ=0;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//1-WIRE总线置低5us给出写过程条件
DQ=val&0x01;delay（6）;//向1-WIRE总线移出最低位并延迟66us满足写数据条件
val=val/2;//写字节右移一位
}
DQ=1;delay
（1）;//1-WIRE总线置高完成写过程
}
ucharDS18B20_ReadByte（void）//通过1-WIRE总线向18B20读取一个字节
{
uchari,value=0;
for（i=8;i>0;i--）//循环1个字节位数
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;//1-WIRE总线置高2us准备读过程
value>>=1;//暂存变量右移1位
DQ=0;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//1-WIRE总线置低4us给出读过程条件
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//1-WIRE总线置高4us准备读取数据位
if（DQ）value|=0x80;//读取数据位并存入暂存变量
delay（6）;//延迟66us满足读数据条件
}
DQ=1;//1-WIRE总线置高完成读过程
return（value）;//将暂存变量作为函数的返回值
}
voidRead_Temperature（）//从DS18B20读出温度函数
{
DS18B20_reset（）;//DS18B20总线复位
DS18B20_WriteByte（0xCC）;//发SkipROM命令
DS18B20_WriteByte（0xBE）;//发读温度命令
temp_data[0]=DS18B20_ReadByte（）;//温度低8位
temp_data[1]=DS18B20_ReadByte（）;//温度高8位
DS18B20_reset（）;//DS18B20总线复位
DS18B20_WriteByte（0xCC）;//发SkipROM命令
DS18B20_WriteByte（0x44）;//发温度转换命令
}
voidHandle_Temperature（）//温度数据处理函数
{
display[4]=temp_data[0]&0x0f;//从读出温度低8位取出小数值
display[0]=ditab[display[4]];//温度小数部分用查表法求出
display[4]=（（temp_data[0]&0xf0）>>4）|（（temp_data[1]&0x0f）<<4）;
//从读出温度低8位和高8位分离出整数值
display[3]=display[4]/100;//取出百位数
display[1]=display[4]%100;//取出百位数的余数
display[2]=display[1]/10;//从百位余数中取出十位数
display[1]=display[1]%10;//取出个位数
}
voidLcdLed_show（）//液晶和数码管显示温度数据
{
ZLG7290_WriteReg（ZLG7290_DpRam2,DispDat[display[3]]）;//在数码管第3位显示温度值百位
ZLG7290_WriteReg（ZLG7290_DpRam3,DispDat[display[2]]）;//在数码管第4位显示温度值十位
ZLG7290_WriteReg（ZLG7290_DpRam4,DispDatdot[display[1]]）;//在数码管第5位显示温度值个位加小数点dp
ZLG7290_WriteReg（ZLG7290_DpRam5,DispDat[display[0]]）;//在数码管第6位显示温度值小数第1位
ZLG7290_WriteReg（ZLG7290_DpRam6,0xC6）;//在数码管第7位显示温度符号'度'
ZLG7290_WriteReg（ZLG7290_DpRam7,0x9C）;//在数码管第8位显示温度单位'C'
DisplayOneChar（3,1,display[3]+Asci）;//1602LCD下面一行第3列显示温度值百位
DisplayOneChar（4,1,display[2]+Asci）;//1602LCD下面一行第4列显示温度值十位
DisplayOneChar（5,1,display[1]+Asci）;//1602LCD下面一行第5列显示温度值个位
DisplayOneChar（6,1,'.'）;//1602LCD下面一行第6列显示'.'
DisplayOneChar（7,1,display[0]+Asci）;//1602LCD下面一行第7列显示温度值小数第1位
}
voiddelay（uintt）/
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