基于单片机的温度传感器制作.doc

基于单片机的温度传感器制作设计名称温度传感器 设计地点宿舍 实验时间11、111、30 1. 设计目的：了解温度传感器的制作，加深对温度传感器的认识。2. 设计设备：电子元件，尖烙铁，锡线，导线等3. 设计原理及内容：该电路是由18B20温度传感器作为温度传感器材，由AT89C2051单片机进行数据处理，由0.56寸的三位共阳数码管显示温度值。可由电脑USB接口进行供电，也可外接6V-16V的直流电源供电。温度显示的控制范围为：-55到125之间，精确度为1，也就是显示整数。如果设定为度为30，则当前环境温度达到31时，报警发光二极管发光，同时继电器动作。如果不需要对温度控制报警，可以将报警温度值设置较高。如果控制的是某局部的温度，可以将18B20用引线引出，但距离不宜过大，以免电流损耗引起较大误差，注意其引脚绝缘。DS18B20的测温原理为：内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为55时的值，如果计数器到达0之前门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于55。同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关闭，则重复以上过程。4. 制作步骤：（1）系统设计要求本实验中利用单片机对温度传感器采集到的温度数据定时采样，并在数码管上显示，若温度超过一定数值，报警发光二极管发光，同时继电器动作，并通过串口向单片机发送指令，单片机收到指令后控制发光二极管闪烁。设计要求：基本范围-55-125；精确度为1；（2）系统的组成结构与工作原理外界环境温度单片机温度传感器数码管发光二极管（3）器件选择主要包括: 单片机AT89C2051，传感器DS18B20、LED等。其中单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能,传感器完成信号的采样功能,LED完成字符、数字的显示功能。（见表1）AT89C51简介单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C2051是一种高效微型控制器。QT89C2051单片机主要特性有（1）与MCS-51兼容；（2）4K字节可编程闪烁存储器；（3）寿命有1000写/擦循环；（4）数据保留时间可达10年；（5）全静态工作：0Hz-24Hz；（6）三级程序存储器锁定；（7）128*8位内部RAM；（8）32可编程I/O线；（9）两个16位定时器/计算器；（10）5个中断源；（11）可编程串口通道；（12）低功耗的闲置和掉电模式；（13）片内振动器和时钟电路。AT89C2051引脚如下：AT89C2051管脚说明如下：VCC：供电电压 GND：接地P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口， P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C2051的一些特殊功能口：P3.0 RXD：串行输入口；P3.1 TXD：串行输出口：P3.2 /INT0外部中断0；P3.3 /INT1：外部中断1；P3.4 T0：记时器0外部输入；P3.5 T1：记时器1外部输入；P3.6 /WR：外部数据存储器写选通；P3.7 /RD：外部数据存储器读选通，同时，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。（4）主板电路 系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，如图5所示。图5 单片机主板电路图5中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。图5 中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序中断时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。（5）显示电路显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的RXD和TXD串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。（6）系统程序设计系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等（见表2）5. 实验结果及分析：按钮的操作说明：如电路正常，接通电源后，只显示“C”符号，无温度值；按下AN3，先显示上次存贮下来的设定温度（报警控制）值，然后再显示环境温度值，并随环境温度的变化而变化；再按一下AN3，温度数字闪烁，待调节；接着按AN1或AN2：按AN1为报警温度值变大，最大为125C；按AN2为报警温度值变小 ，最小为-55C；调好后再按一下AN3，调好的报警温度值被存贮，数码管又显示环境温度。当温度达到存贮的报警值时，电路发出报警信号和动作。6. 总结：终于把传感器做好了，经过这次实验制作，本人有很大的感触：1、 知识学得再多，你没动手去实践，是没有十分掌握的；2、 实践出真理，知道自己有多少分量，还是得努力学习；3、 学校的实验设施十分不好，我们的专业实在是缺少动手能力；4、 改正心态，继续努力。附表1名称规格编号按钮6X6X5AN1、AN2、AN3电容30PC1、C2电容10UFC3电容470UFC4电容104C5单片机AT89C2051IC1温度传感器DS18B20IC2稳压块L7805IC3接线座3P5.0J1接线座2P5.0J2USB电源插座USBJ3晶体12MJZ一位共阳数码管0.56LED1三位共阳数码管0.56LED2发光二极管3MMLED3三极管8550Q1、Q2、Q3、Q4电阻10KR1电阻220和470R7、R8、R9、R10R11、R12、R13、R14电阻4.7KR2、R3、R4、R6电阻2KR5二极管1N4148V1跳线X1、X2继电器5V2AJDQ万能板一块14.55X9.3附21、主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图7所示2、读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图8示Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNY初始化调用显示子程序1S到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNY 图7 主程序流程图 图8读温度流程图3、温度转换命令子程序发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令 结束温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图9所示图9 温度转换流程图4、计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图10所示开始温度零下?温度值取补码置“”标