多点温度检测系统课程设计.doc

河南机电高等专科学校课程 河南机电高等专科学校课程设计报告 课题名称：多点温度检测与控制系统 专业班级： 电 班 系部名称： 自动控制系 专业班级： 电气自动化 班 姓 名： vvv 学 号： 12121212 2014年12月15号摘 要在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。DS18B20是一种高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。关键字：温度测量；单总线；数字温度传感器；单片机目录第1章 绪论41.1系统背景41.2系统概述41.3系统设计方案4第2章 硬件设计62.1单片机系统设计62.2显示电路设计72.3键盘电路设计72.4报警电路设计82.5通信模块设计9第3章 软件设计103.1软件实现103.2温度测量程序流程图:103.3键盘程序设计11第4章 设计总结12参考文献13附录：器件清单1410第1章 绪论1.1系统背景在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。1.2系统概述本设计运用主从分布式思想，由一台PC微型计算机，单片机多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232串行通讯标准，通过PC机控制单片机进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。也可以由单片机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。单片机采用的是基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。1.3系统设计方案本设计方案以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。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。实际采用电路方案如下图1.1多个DS18B20AT89C51单片机数码显示报警系统PC机MAX232键盘识别电路图1.1 总体电路方案采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松地组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。它有如下特点：（1）独特的单线接口，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无需变换其他电路，直接输出被测温度值；（2）多点能力使分布式温度检测应用得以简化；（3）不需要外部元件；（4）既可用数据线供电，也可采用外部电源供电；（5）不需备份电源；（6）测量范围为-20125，固有测温分辨率为0.5；（7）通过编程可实现912位的数字读数方式；（8）用户可定义非易失性的温度告警设置；（9）警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度警告情况）；（10）应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。根据DS18B20以上特点，此方案实现本课题较好。第2章 硬件设计2.1单片机系统设计本课题运用Intel公司的8051进行系统控制，运用到了复位电路、时钟电路、串口、I/O口。89C51单片机串口主要有两个数据缓冲寄存器SBUF和一个输入移位寄存器组成，其内部还有一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发生器。接收缓冲器与发送缓冲器占用同一个地址99H，其名称亦同样为SBUF。单片机最小系统电路如图2.1 图2.1 单片机最小系统2.2显示电路设计显示电路采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示，两种方法在本设计中皆可。由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到电路板成本计算。本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。显示数据由4511译码器输出，ULN2003为位驱动扫描信号。显示电路如图2.2图2.2 显示电路2.3键盘电路设计本课题使用行列扫描方式，在单片机的P1口上连接上4*4的键盘，单片机扫描键盘，如果有键按下，单片机会根据键码执行相应的程序，使整个系统的功能更加完善。键盘电路如图2.3图2.3 键盘电路2.4报警电路设计为了实现多点温度检测报警系统，本课题采用AT89C51单片机作为主控制器，采用扫描的方式对多点DS18B20温度传感器获取对应该位置的温度值，经处理后通过串口可以立即发送到上位机，如温度不在设定的范围内，给出报警信号。电路如图2.4图2.4 报警电路2.5通信模块设计AT89C51有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。PC机与单片机的串行通信接口电路如图2.5图2.5串行通信接口电路第3章 软件设计3.1软件实现系统软件设计主要包括系统程序和流程图，根据整个系统的要求，完成温度的测量与控制必须经过以下几个步骤：单片机接受传感器的温度信号，并通过MAX7219驱动显示出来，单片机扫描键盘，接受控制信号，并将温度显示出来，若温度不在范围内则发出报警。程序流程如图3.1开始系统初始化测温子程序Y显示温度测温键是否按下N清除键是否按下Y清除显示子程序N图3.1 总体程序流程图3.2温度测量程序流程图:温度测量程序首先复位DS18B20温度传感器，跳过ROM指令并发出温度转换指令。换完毕后复位DS18B20再发出匹配DS18B20命令，发一个DS18B20序号然后读取温度值，当所有DS18B20全部访问完毕后，复位DS18B20，发出报警命令，如果有温度超出范围则报警，否则复位DS18B20。电路程序流程图如图3.2开始延时复位DS18B20复位DS18B20复位DS18B20发出匹配ROM命令发出跳过ROM命令发报警搜索命令NN发一个DS18B20序号发出温度转换命令Y读温度值转换完毕？是否有温度超限存入储存器YNY报警输出所有DS18B20访问完毕指向下一个DS18B20图3.2 温度测量程序流程图3.3键盘程序设计根据本课题的系统要求，采用4*4的键盘电路结构，P1.0- P1.3接四条行线，P1.4-P1.7接四条列线，整个系统的功能可以利用16个按键将系统完善化、系统化，对于键盘各键的功能如图3.31234567891011121314循环查询图3.3 键盘功能图 第四章 设计总结本次课程设计主要是实现对温度进行多点同时测量并准确显示。整个系统由单片机控制，要能够接受传感器的数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令选择对应的传感器，并由驱动电路驱动温度显示，对异常情况进行报警。本次课程设计基本实现了设计要求，有多个温度检测器，测量精度0.5，测温范围在-20+125。并通过串行通信接口与外部PC机相连，并通过数码管及4511译码器显示出来。通过这次课程的设计，将课本的知识实际应用，摆脱考试的局限，锻炼自己的解决问题的能力，独立思考能力。本可设使我熟悉了单片机设计原则，对51系列单片机内部构造、与其它芯片的接口技术及其工作情况有了更进一步了解，虽然是很简单的运用，但比为了考试而瞬时记忆的知识牢固多了，工作需要独立解决问题的的能力，还是希望多一些这样的机会。参考文献1周慈航 单片机程序设计基础 北京：北京航空航天大学出版社，20032方佩敏 智能化集成温度传感器原理与应用 北京：电子工业出版社，20023张毅刚 单片机原理及应用 北京：高等教育出版社，20084李道玲，李玲，朱艳 传感器电路分析与设计 武汉：武汉大学出版社，20035刘笃人，韩保军 传感器及应用技术 西安：西安电子科技大学出版社，20036陈小忠等 单片机接口技术实用子程序 北京：人民邮电出版