课程设计主从式温度监测报警与控制系统.docx
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课程设计主从式温度监测报警与控制系统
题目主从式温度监测报警与控制系统
任务与要求：
设计以单片机为从机利用温度传感器对环境温度进行监测，将结果通过标准串行口传送通信给微机主机，由微机跟踪显示目标状态；若超过设定值，则从机目标状态以某种现场变化为提示，主机则以某种直观警方式为提示。
设计硬件电路，编写PC机和单片机的控制程序，写出设计报告及详细使用说明。
开始日期2011年6月20日完成日期2011年6月21日
主从式温度监测报警与控制系统
摘要：
本设计分为硬件电路设计和PC设计两部分。
硬件电路设计主要由单片机AT89S52、温度传感器DS18B20、MAX232芯片、四位一体共阴极数码管以及RS232母头组成，该电路主要是由对环境温度进行监控，然后用数码管显示出来，再将所测温度通过母头传入PC机。
PC机部分主要是对温度进行监测，如果超过设定值，PC机和电路都会以一定的方式进行反应。
关键词：
单片机AT89S52、温度传感器DS18B20、MAX232芯片、四位一体共阴极数码管以及PC部分程序
一、主要器件功能介绍
1．AT89S52单片机
图1AT89S52单片机管脚图
AT89S52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。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，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。
2．数字温度传感器DS1820
图2数字温度传感器DS1820
DS18B20有三个引脚，GND接地；DQ为数字信号输入输出端；Vdd为外接电源输入端。
图3DS18B20的内部结构
DS18B20内结构主要由4部分组成：
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH、TL和配置寄存器。
64位光刻ROM：
光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，即ID。
它的作用是使每一个DS18B20的地址都各不相，可以实现在相同的总线上挂接多个DS18B20的目的。
64位光刻ROM的排列是开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。
温度传感器：
在DS18B20温度传感器的使用中，以9位转化为例，从DS18B20中得到16位符号扩展的二进制补码读数形式，以0.5℃/LSB的形式表达，其中S为符号位，二进制的数存储在DS18B20的2个8位的RAM中，这是9位转化后得到的16位数据，其中前面5位是符号位，如果测得温度大于0℃，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.5即可得到实际温度；如果温度小于0℃，这5位为1，测得到的数值需要取反加1再乘以0.5即可得到实际温度。
非发挥的温度报警触发器TH、TL：
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的电可擦除的EEPRAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
当温度达到低温或高温的时候，温度报警触发器会发出警报。
高速暂存RAM：
高速暂存存储器包含了9个连续字节，如表-1，当温度转换命令发出后，经转换所得的温度值存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节内，第0个字节存放的是温度的低8位信息，第1个字节存放的是温度的高8位信息，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后；第2、3字节是TH、TL的易失性拷贝，第4个字节是结构寄存器的易失行拷贝，这三个字节的内容每一次上电复位时被刷新；第5、6、7字节用于内部计算；第8个字节是冗余检验字节。
Ds18B20的设置位有一个字节，该字节的各位定义为TMR1R011111,每一次进行针对DS18B20的读写前，都需要对DS18B20进行设置，从上面的定义可以看出，该字节的低5位一直都是1，TM位是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式及测试模式。
在DS18B20出厂时该位被置为0，，用户不要进行改动，R1、R0用来设置分辨率。
3．MAX232芯片
图4MAX232芯片引脚图
a）引脚介绍：
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚GND、16脚VCC（+5V）。
b）主要特点
1、符合所有的RS-232C技术标准
2、只需要单一+5V电源供电
3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-
4、功耗低，典型供电电流5mA
5、内部集成2个RS-232C驱动器
6、内部集成两个RS-232C接收器
7、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。
4．四位一体共阴极数码管
图5四位一体共阴极数码管
最常用的是七段式和八段式LED数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。
所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。
数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。
二、温度显示设计电路：
图6温度显示电路图
说明：
根据感应的温度，在数码管里显示。
三、电路图片
图7电路正面
图8电路背面
图9温度显示照片
图10温度上升
四、总结：
这个电子综合课程设计包括了硬件电路和PC部分两大块，硬件电路方面做了一个温度的显示电路，总体的难度也是体现在温度传感器DS1820的理解和应用上，至于PC部分就是体现在对传入温度进行处理的编程,但是这次由于时间太急，因此只是做了温度显示的部分而没有做PC机的部分。
这次课程设计同时锻炼了我们电路设计能力和编程能力，经过这次的锻炼，我们的能力得到长足的进步。
另外，关于这次课程设计的所有资料的查找，也锻炼了我们的资料搜索能力。
这次课程设计完成的时间实在是很紧迫，但在我们看来这也是对我们意志的一种考验，每一次面对困难时，只有勇于面对，我们也明白只有通过磨练，人的能力才会提升。
五、参考文献：
[1]郭瑜茹,张朴.《光电子技术及其应用》.化学工业出版社，2006
[2]康华光.《电子技术基础数字部分》.高等教育出版社，2006
[3]康华光.《电子技术基础模拟部分》.高等教育出版社，2006
[4]李朝青．《单片机原理及接口技术》．北京航空航天大学出版社.2009.34-39
附录：
单片机程序：
程序名：
芯片DS18B20驱动程序
自身函数：
voidDelay10Us_f（uint16Count）
uint8Ds18b20Init_f（void）
voidDs18b20Write_Byte（uint8Cmd）
uint8Ds18b20Read_Byte（void）
uint16Ds18b20ReadTemp_f（void）
voidTemperatureUpdate（void）
全局变量：
uint16idataTempDat以十进制形式保存所获得温度值
uint8idataTemperature[4]保存温度值的数组.依次存放正负标志,温度值十位,个位,和小数位
引用的外部函数或变量：
无
功能：
对DS18B20进行初始化
对DS18B20进行数据读写的操作。
实现温度的获取。
***********************************************************************
***********************************************************************/
/*以下为DS18B20的驱动程序*/
#include
#include
#defineuint8unsignedchar
#definesint8signedchar
#defineuint16unsignedshort
#definesint16signedshort
#defineNOP_nop_（）
/*定义芯片DS18B20的数据输入输出管脚*/
sbitIo_DS18B20_DQ=P3^7;///////////////////////////////
#defineDS18B20_DQ_HIGHIo_DS18B20_DQ=1
#defineDS18B20_DQ_LOWIo_DS18B20_DQ=0
#defineDS18B20_DQ_READIo_DS18B20_DQ
#defineucharunsignedchar
voiddelay2ms（）;
/*函数声明*/
voidDelay10Us_f（uint8DT）;
uint8Ds18b20Init_f（void）;
voidDs18b20Write_Byte（uint8Cmd）;
uint8Ds18b20Read_Byte（void）;
uint16Ds18b20ReadTemp_f（void）;
voidTemperatureUpdate（void）;
floatidataTemp_V;/*声明以十进制形式保存温度值的变量TempDat*/
uint8idataTemperature[4];/*声明保存温度值的数组.依次存放正负标志,温度值十位,个位,和小*/
ucharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xef,0xdf,0x00,0x40};
uchari;
uchara,b;
ucharcodetemp[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};/*显示哪一位?
*/
/*函数名：
Delay_10us*/
/*输入：
uint16Count（延时的时间大小）*/
/*输出：
无*/
/*功能：
延时10uS函数*/
voidDelay10Us_f（uint8DT）
{
while（--DT>0）;
}
/*函数名：
Ds18b20Init_f*/
/*输入：
无*/
/*输出：
uint8Flag（复位成功与否标志）*/
/*功能：
初始化芯片DS18B20*/
uint8Ds18b20Init_f（void）
{
bitFlag;
DS18B20_DQ_HIGH;/*稍作延时*/
NOP;
DS18B20_DQ_LOW;//总线拉低
Delay10Us_f（50）;//延时大于480us
NOP;
DS18B20_DQ_HIGH;//总线释放
Delay10Us_f（10）;//等待DS18B02复位
Flag=DS18B20_DQ_READ;//如果Flag为0,则复位成功,否则复位失败
Delay10Us_f（15）;
NOP;
NOP;
DS18B20_DQ_HIGH;
returnFlag;
}
/*函数名：
Ds18b20Write_Byte（uint8Cmd）*/
/*输入：
uint8Cmd（需要写入的命令）*/
/*输出：
无*/
/*功能：
对芯片DS18B20进行写命令*/
voidDs18b20Write_Byte（uint8Cmd）
{
uint8i;
for（i=8;i>0;i--）
{
DS18B20_DQ_LOW;//拉低总线,开始写时序
Delay10Us_f
（2）;
DS18B20_DQ_READ=Cmd&0x01;//控制字的最低位先送到总线
Delay10Us_f（4）;//稍作延时,让DS18B20读取总线上的数据
NOP;
NOP;
DS18B20_DQ_HIGH;//拉高总线,1bit写周期结束
Cmd>>=1;
}
}
/*函数名：
Ds18b20Read_Byte*/
/*输入：
无*/
/*输出：
ReadValue（从DS18B20读取的数据）*/
/*功能：
从DS18B20中读取一个字节的数据*/
uint8Ds18b20Read_Byte（void）
{
uint8ReadValue=0,i;
for（i=8;i>0;i--）
{
DS18B20_DQ_LOW;
ReadValue>>=1;
DS18B20_DQ_HIGH;
if（DS18B20_DQ_READ==1）
ReadValue|=0x80;
Delay10Us_f（3）;
}
returnReadValue;
}
/*函数名：
Ds18b20ReadTemp_f*/
/*输入：
无*/
/*输出：
ReturnTemp（读取的温度值）*/
/*功能：
读取当前的温度数据（只保留一位小数）*/
uint16Ds18b20ReadTemp_f（void）
{
uint8TempH,TempL;
uint16ReturnTemp;
Ds18b20Init_f（）;//复位DS18B20
Ds18b20Write_Byte（0xcc）;//跳过ROM
Ds18b20Write_Byte（0x44）;//启动温度转换
Ds18b20Init_f（）;
Ds18b20Write_Byte（0xcc）;//跳过ROM
Ds18b20Write_Byte（0xbe）;//读取DS18B20内部的寄存器内容
TempL=Ds18b20Read_Byte（）;//读温度值低位（内部RAM的第0个字节）
TempH=Ds18b20Read_Byte（）;//读温度值高位（内部RAM的第1个字节）
ReturnTemp=TempH;
ReturnTemp<<=8;
ReturnTemp|=TempL;//温度值放在变量ReturnTemp中
returnReturnTemp;
}
/*函数名：
TemperatureUpdate_f*/
/*输入：
无*/
/*输出：
无*/
/*功能：
将读取的温度数据值转化存放在数组Temperature（只保留了一位小数）*/
voidTemperatureUpdate（void）
{
uint16TempDat;
uint8Tflag=20;
floatTemp;
TempDat=Ds18b20ReadTemp_f（）;
if（TempDat&0xf000）
{
Tflag=21;
TempDat=~TempDat+1;
}
Temp=TempDat*0.0625;
Temp_V=Temp;
TempDat=Temp*10;
Temperature[0]=Tflag;//温度正负标志
Temperature[1]=TempDat/100;//温度十位值
Temperature[2]=（TempDat%100/10）+10;//温度个位值
Temperature[3]=TempDat%10;//温度小数位
}
///////////////////////////////////////////////////////////
voidmain（void）
{
while
（1）
{
TemperatureUpdate（）;
for（i=0;i<4;i++）
{
P2=0xff;
P1=dispcode[Temperature[i]];
P2=temp[i];/*哪位显示,哪位P2口引脚为低*/
delay2ms（）;/*调用延时程序5*/
}
}
}
/**********延时2ms****************/
voiddelay2ms（void）
{
for（a=4;a>0;a--）
for（b=248;b>0;b--）;
}
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