温度监测控制系统设计方案

1 温度监测控制 系统 设计方案 第一章 总体设计方案 计设要求 (1)基本范围 (2)精度误差小于 (3)码直读显示 (4)可以任意设定温度的上下限报警功能 方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。 铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高 精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按 准测温范围 650，百度电阻比W（ 100） =， 100和 10，其允许的测量误差 A 级为（ +t|）， B 级为（ +t|）。 铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于 80测温。 方案二：采用 度传感器 ，由于温度测量的普遍性，温度传感器的市场份额大大 增加，居传感器首位。数字化温度传感器世界上第一片支持 “一线总线 ”接口的温度传感器。现在，新一代的 度传感器体积更小、更经济、更灵活。 55 +125 。在 +85 范围内，精度为 。现场温度直接以 “一线总线 ”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点， 2 所以选择方案二作为信号的输入通道。 第二章 线数字温度传感器 绍 本温度报警器采用美国 司生产的单线数字温度传感器图 可以把温度信号直接转换成串行数字信号工微机处理，是模数转换器件，而且读 息仅需要单线接口，使用非常方便；其测温范围 55 125，在 85时精度为 可编程的分辨率为 9 12 位，对应的可分辨温度分别为 可实现高精度测温在 9 位分辨率时最多在 把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在 750度更快；同时 需一个 上拉电阻），全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，硬件电路十分简单。 图 1 ： 地 2 ： 据输入 /输出脚。对于单线操作：漏极开路（见“寄生电源”节） 3 ： 选的 脚。 具体接法见“寄生电源”节 3 性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围 125，以 增。华氏器件 2570F，以 增 温度以 9 位数字量读出 温度数字量转换时间 200型值） 用户可定义的非易失性温度报警设置 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 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统 电的方法 电的方法是从 脚接入一个外部电源 。这样做的好处是 I/O 线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。另外，在单线总线上可以挂 任意多片 且如果它们都使用外部电源的话，就可以先发一个 令，再接一个 命令，让它们同时进行温度转换。注意当加上外部电源时，脚不能悬空。温度高于 100时，不推荐使用寄生电源，因为这种温度下表现出的漏电流比较大，通讯可能无法进行。在类似这种温度的情况下，强烈推荐使用 脚。对于总线控制器不知道总线上的 用寄生电源还是用外部电源的情况， 备了一种信号指示电源的使用意图。总线控制器发出一个 议，然后发出读电源命令，这条命令发出后，控 4 制器发出读时间隙，如果是寄生电源， 单线总线上发回“ 0”，如果是从 电，则发回“ 1”，这样总线控制器就能够决定总线上是否有 要强上拉。如果控制器接收到一个“ 0”，它就知道必须在温度转换期间给 I/O 线提供强上拉。 64 位（激）光刻 只 有一个唯一的长达 64 位的编码。最前面 8 位是单线系列编码（ 编码是 19h）。下面48 位是一个唯一的序列号。最后 8 位是以上 56 位 的 。（见图 5） 64 位 作控制区允许 为单线制器件并按照详述于“单线总线系统”一节的单线协议工作。只有建立了 作协议，才能对 行控制操作。这个协议用 作协议流程图来描述（图 6）。单线总线控制器必须得天独厚提供 5 个 作命令其中之一： 1） 2） 3） 4）5） 功进行一次 作后，就可以对行特定的操作，总线控制器可 以发出六个存储器和控制操作命令中的任一个。 生器 有 8 位 储在 64 位最高有效字节中。总线控制器可以用 64 位 的前 56 位计算出一个 ，再用这个和存储在 的值进行比较，以确定 据是否被总线控制器接收无误。 算等式如下： 8+4+1样用上面的公式产生一个 8 位 ，把这个值提供给总线控制器用来校验传输的数据。在任何使用 行数据传输校验的情况下，总线控制器必须用上面的公式计算 出一个，和存储在 64 位 的值或 部计算出的 8 位 （当读暂存器时，做为第 9 个字节读出来）进行比较。 的比较以及是否进行下一步操作完全由总线控制器决定。当在 存储的或由其计算的 和总线控制器计算的值不相符时， 部并没有一个能阻止命令序列进行的电路。 储器 5 存储器结构示于图 8。存储器由一个暂存 一个存储高低温报警触发值 非易失性电可擦除（ 成。当在单线总线上通讯时，暂存器帮助确保数据的完整性。数据先被写入暂存器，这里的数据可被读回。数据经过校验后，用一个拷贝暂存器命令会把数据传到非易性（ 。这一过程确保更改存储器时数据的完整性。 警搜索操作 成一次温度转换后，就拿温度值和存储在 的值进行比较。因为这些寄存器是 8 位的，所以 被忽略不计。 最高有效位直接对应 16 位温度寄存器的符号位。如果测得的温度高于 低于 件内部就会置位一个报警标识 。每进行一次测温就对这个标识进行一次更新。当报警标识置位时， 对报警搜索命令有反应。这样就允许许多 联在一起同时测温，如果某个地方的温度超过了限定值，报警的器件就会被立即识别出来并读取，而不用读未报警的器件 。 协议 单线总线的空闲状态是高电平。无论任何理由需要暂停某一执行过程时，如果还想恢复执行的话，总线必必须停留在空闲状态。 6 在恢复期间，如果单线总线处于非活动（高电平）状态，位与位间的恢复时间可以无限长。如果总线停留在低电平超过 480 s，总线上的所 有器件都将被复位。执行序列通过单线总线端口访问 协议如下： 初始化 作命令 存储器操作命令 执行 /数据 说明 1） 字温度计以 9 位数字量的形式反映器件的温度值。 2） 过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器 间仅需一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。 3） 因为每个 有一个独特的片序列号，所以多只 以同时连在 一根单线总线上 工作时序： （ 1）初始化 （如下 时序 图 ） 先将数据线置高电平 1 延时（该时间要求不是很严格，但要尽可能的短） 数据线拉低到低电平 0 7 延时 750时间范围在 480 数据线拉到高电平 1. 延时等待。 如果初始化成功则在 15个有 ，据该电平可以确定它的存在。但不能一直等待，否则程序会进入死循环，所以要进行超时判断。 若 后，还要进行延时，其延时时间从发出算起（第 5步的时间起）最少 要 480 将数据线再次拉高到高电平 1后结束。 （ 2） 下时序图）： 数据线先置低电平 0. 延时确定的时间为 15 按从低位到高位的顺序发送数据 （一次只发送一位）。 延时时间为 45 将数据位拉到高电平 1 重复 - 步骤，直到发送完 整个字节。 最后将数据线拉高到 1. （ 3） 下时序图）： 8 将数据线拉高到 1. 延时 2 将数据线拉低到 0 延时 6 将数据线拉高到 1 延时 4 读数据线上的状态得到一个状态位，并进行数据处理 延时 30 重 复 -步骤，直至读取完一个字节 9 第三章 系统组成及工作原理 统总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图 示，控制器采用单片机 度传感器采用 4 位 码管以串口传送数据实现温度显示。 图 温度监测控制系统的电路如图 1 单片机 温度检测电路 键盘设置 温度显示 报警系统 制冷，制热系统 温度界限存储器 10 图 温度监测控制系统的电路 度监控系统的功能和工 作原理如下 温度监控系统包含以下功能： 1） 显示周围环境的当前温度 当操作人员将该装置放在要测量的环境中，通过该系统自带的度传感器，可以实时检测到当前环境温度的变化，并且在数码管上现实当前的温度（范围 CC）。 2） 报警和启动制冷制热系统 该装置设置了温度的上、下限值。当环境的温度高于设置的上限值时，报警的警铃响起，同时自动启动制冷系统；如果当环境的温度低于设置的下限的温度值时，报警的警铃响起，同时自动启动制热系统。（用二极管显示代替制冷、制热系统工作） 3） 设置温度的上、 下限值 根据用途不同，该系统可以做控制温度装置。但环境的不同，人们对环境的温度也有不同的要求。该装置温度的上、下限值可以通过按钮来自由设置。（该装置温度的限值在 0 11 C120 C） 统的工作原理 当系统通电工作时， 度传感器通过自身的检测，直接将温度转化成串行数字信号。 51 单片机通过引脚 数据接收，然会通过引脚 过 74存器驱动数码管显示检测到的温度。当检测到的温度高于设置温度的上限值时，单片机的 起报警，警铃的声音频率稍慢，同时 脚输出电平二极管 里代表启动了制冷装置）。如果此时温度继续上升，并高出了设置温度上限的 2 度蜂鸣器响起报警的警铃音频率加快，且 脚也输出电平二极管 起闪烁（这里代表启动了强制冷装置）。当温度恢复设置的温度值内，蜂鸣器不响，报警解除；同时二极管不闪烁（制冷装置停止工作）。如果当检测到的温度低于设置温度的下限值时，单片机的 脚输出电平 鸣器响起报警，警铃的声音频率稍慢，同时 脚输出电平二极管 烁（这里代表启动 了制热装置）。如果此时温度继续下降，并低于了设置温度下限的 2 度蜂鸣器响起报警的警铃音频率加快，且 脚也输出电平二极管 起闪烁（这里代表启动了强制热装置）。当温度恢复设置的温度值内，蜂鸣器不响，报警解除；同时二极管不闪烁（制热装置停止工作）。 当按下 ， 出高电平，二极管 ， 51 单片机通过 出原先存储在 24储器里的下限值，并通过数码管显示。此时可以通过 大温度下限的值，通过 按下 ， 51 单片机通过 出原先存储在24储器里的上限值，并通过数码管显示。此时可以通过 大温度上限的值，通过 小温度上限的值。在设置的过程中，如果设置的下限温度大于了上限的温度，或者设置的上限温度小于了下限温度，设置出错。此时 出高电平二极管 。直至设置正确报警解除，二极管。按下 成温度的限值设置，且把设置的温度存储在 24 12 第 四 章 系统软件算法析 程序流程图 开始 初始化 13 键扫描处理子程序 d,g; if(dg)/判断高低温是否设置矛盾 ; ; ; 有键盘按下 Y N 始化 温度转换 温度显示 温度计算 下 下 下 温度下限设置 温度上限设置 存入 2414 ; if(0) 0); if(0); ); d=d; d); ;/设置灯闪等待，系统 ; ; ; ; if(0) 0); if(0); ); g=g); ;/设置灯闪等待，系统 ; ; 15 ; ; if(0) 0); if(0); ; ; ; ; ; ; ; if(1) ); d=d; if(0) 0); if(0); 16 ; if(120)20; , if(0) 0); if(0); if(0) ; (20)20; , if(0) 0); if(0); if(0) ; ; , 18 /18始化函数 i; ; i=103; i0) 18 ; i=4; i0) 程序 /始获取温度并转换 ; ); / 写跳过读 / 写温度转换指令 *读 1位函数 /读 1位函数 i; ;i+; /i+ 起延时作用 ;i+;i+; i=8;i0) *读 1位函数 /读 1个字节 i,j,; 19 i=1;i1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在 出温度子程序 /读取寄存器中存储的温度数据 a,b; ; ); a=; /读低 8位 b=; /读高 8位 b; b=b&0【重要】 &(t0; 22 ); ; d=20;d0; ); if(t0; ); ; d=15;d0; ); t= /小于 32度大于 30度 ; d=20;d0; ); ; d=20;d0; ); if(t=) /大于 32度 ; d=20;d0; ); ; d=15;d0; ); 24 ; ;/报警 ;/报警 ;/报警 ;/报警 第五章 总结与体会 经过将近 几 周的单片机课程设计，终于完成了我的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，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 ，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