通信机房温度监控系统的设计与.doc

目目 录录 摘要 1 ABSTRACT 1 引言 2 1 系统概述 3 1 1 设计内容及要求 3 1 2 系统方案 3 1 3 系统硬件电路 4 2 系统程序设计 4 2 1 单片机 89C51 介绍及端口分配 4 2 2 设计思路 5 2 3 A D 转换子程序设计 6 2 4 显示子程序设计 9 2 5 按键子程序设计 10 3 系统程序调试 12 3 1 调试准备 12 3 2 调试步骤 12 结论与谢辞 16 参考文献 17 附件 1 程序清单 18 1 通信机房温度监控系统的设计与制作 软件 部分 信息工程学院信息工程学院 通信网络与设备专业通信网络与设备专业 黄宗党黄宗党 摘要摘要 本文以单片机 89C51 为核心 设计了一个通信机房温度监控系统 该系统可显 示通信机房实时环境温度 并通过与上 下限的温度值进行比较 判断是否启动升温 设备或降温设备 系统设有 4 个独立按键 第一个按键为显示上 下限的温度值 第 二个按键为加 1 功能 第三个按键为位选功能 第四个按键为设置门限值功能 系统 具有温度采集准确 控制性强 可扩展性好等优点 关键词关键词 单片机 AD590 温度 监控 报警 Communication Room Temperature Monitoring System Design and Production The Software Part Major of Communication Network and Equipment Information and Engineering college JinHua College of Vocation And Technology HUANGZong dang Abstract This paper discusses on 89C51 microcontroller as the core and design a telecommunication room temperature monitoring system This system can display real time communication computerrooms and through the environment temperature and temperature on the floor comparison determine whether heating equipment or cooling equipment System has four independent button the first button to display the upper and lower limit for temperature the second button and the third add 1 function keys for a selected function the fourth button for setting threshold function Accurate temperature gathering system has strong scalability controlling the advantages Keywords Monolithic integrated circuit AD590 Temperature Monitoring Alarm 2 引言引言 随着市场经济的快速发展和人们对信息交流需求的日益增加 通信机房的地位和 作用越来越重要 为保证通信机房正常有效的运转 温度控制是十分必要的 电信设 备尤其是交换机等设备对机房的温度有着较高的要求 温度偏高 易使机器散热不畅 使晶体管的工作参数产生漂移 影响电路的稳定性和可靠性 严重时还可造成元器件 的击穿损坏 通信设备在长期运行工作期间 机器温度控制在 18 25 之间较为适 宜 本文主要内容是以 AT89C51 单片机为核心控制模块 通过温度传感器采集温度送入 A D 转换模块进行模数转换后将信号送入单片机进行显示并通过与上 下限的温度值进 行比较 最后判断是否启动升温设备或降温设备 系统设有 4 个独立按键 第一个按 键为显示上 下限的温度值 第二个按键为加 1 功能 第三个按键为减 1 功能 第四 个按键为设置门限值功能 软件编程采用模块化主要分为主程序 A D 转换子程序 计 算子程序 按键子程序 显示子程序 课题的主要任务是完成环境温度检测 利用单片机实现温度调节并通过计算机调节 实施监控 设计后系统具有操作方便 控制灵活等优点 本设计包括温度采集模块 A D 转换模块 温度显示模块 报警模块四个部分 文中对每个部分功能实现过程作了 详细的介绍 整个系统的核心是进行温度监控 完成了课题的要求 3 1 1 系统概述系统概述 1 11 1 设计内容及要求设计内容及要求 该系统的设计的要求 编写完成通信机房温度监控系统的程序 能实时显示测量 的温度值 并当温度超出设定范围时 启动声光报警 温度范围 0 99 分辨率 0 1 测量误差 1 温度显示格式为 xx x 显示器每隔 10s 刷新一次温度值 当温度值超过设定的报警限值时 可用蜂鸣器和发光管实现声光报警 当温度低于设 定值时开启加温设备 当温度高于设定值时开启降温设备 以温度传感器 AD590 ADC0809 OP07 等为主要元件 设计一个通信机房温度 监控系统 该系统通过 AD590 温度传感器采集通信机房的温度信号然后由 OP07 组成 的集成运算放大器放大后送入 ADC0809 进行模 数转换 转换完成后将数字信号送入 单片机 89C51 进行显示并通过与上 下限的温度值进行比较 最后判断是否启动升温 设备或降温设备 系统设有 4 个独立按键 第一个按键为显示上 下限的温度值 第 二个按键为加 1 功能 第三个按键为位选功能 第四个按键为设置门限值功能 1 21 2 系统方案系统方案 温度控制系统主要由单片机系统 按键 采集电路 A D 转换 显示 报警电路等 组成 其系统框图如图所示 温温度度传传感感器器 AD590 集集成成运运放放 OP07 模模 数数转转换换 ADC0809 单单片片机机 AT89C51 显显示示温温度度值值 按按键键设设置置上上 下下限限温温度度值值 驱驱动动报报警警 图 1 系统框图 该系统通过温度传感器 AD590 采集温度信号 采集到的温度经过集成运放 OP07 放大后送入模 数转换芯片 ADC0809 将采集到的温度信号转换成数字信号送入单片机 89C51 进行显示 并通过按键来设置门限值 当温度高于上限值时驱动报警电路启动电 4 风扇进行降温 当温度低于下限值时驱动报警电路启动点暖机进行升温 1 31 3 系统硬件电路系统硬件电路 图 2 系统硬件原理图 2 2 系统程序设计系统程序设计 2 12 1 单片机单片机 89C5189C51 介绍及端口分配介绍及端口分配 该设计用到的单片机 89C51 AT89C51 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序 存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS 51 指 令系统及 80C51 引脚结构 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元 功能强大的微型计算机的 AT89C51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决 方案 AT89C51 具有如下特点 40 个引脚 4k Bytes Flash 片内程序存储器 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 32 个外部双向输入 输出 I O 口 5 个中断优先 级 2 层中断嵌套中断 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 5 图 3 单片机 89C51 管脚分布图 系统管脚分布 如下表所示 表 1 单片机管脚分布 P0显示段选码 P1A D 信号输入 P2 0 P2 3显示位选码 P2 4 P2 5按键 1 按键 2 P2 6报警电路 P3 0 P3 1下载程序 P3 4 P3 5按键 3 按键 4 P3 6 P3 7 P3 2 P2 7 ALEA D 控制端口 2 22 2 设计思路设计思路 以单片机 89C51 为核心 以温度传感器 AD590 ADC0809 OP07 等为主要元 件 设计一个通信机房温度监控系统 该系统通过 AD590 温度传感器采集通信机房的 温度信号然后由 OP07 组成的集成运算放大器放大后送入 ADC0809 进行模 数转换 转换完成后将数字信号送入单片机 89C51 进行显示并通过与上 下限的温度值进行比 6 较 最后判断是否启动升温设备或降温设备 系统设有 4 个独立按键 第一个按键为 显示上 下限的温度值 第二个按键为加 1 功能 第三个按键为位选功能 第四个按 键为设置门限值功能 软件编程采用模块化主要分为主程序 A D 转换子程序 按键 子程序 显示子程序 系统初始化 开始 A D转换程序 送显示 报警程序 调用计算程序 调用按键子程序 温度比较 结束 图 4 系统程序流程图 2 32 3 A DA D 转换子程序设计转换子程序设计 A D 转换主要利用芯片 ADC0809 进行 ADC0809 是采样频率为 8 位的 以逐次逼 近原理进行模 数转换的器件 其内部有一个 8 通道多路开关 它可以根据地址 码锁存译码后的信号 只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A D 转换 ADC0809 的工作过程是 首先输入 3 位地址 并使 ALE 1 将地址存入地址锁 存器中 此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器 START 上升沿将逐次逼 近寄存器复位 下降沿启动 A D 转换 之后 EOC 输出信号变低 指示转换正在进 行 直到 A D 转换完成 EOC 变为高电平 指示 A D 转换结束 结果数据已存入 7 锁存器 这个信号可用作中断申请 当OE 输入高电平 时 输出三态门打开 转 换结果的数字量输出到数据总线上 ADC0809 时序图如下所示 图 5ADC0809 时序图 表 2 ADC0809 通道选择表 被选通的通道C B A IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 00 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 ADC0809 与单片机的接口一般采用两种方式 查询方式与中断方式 设计中 我使用的是中断的方式 采用中断方式可以大大节省CPU 的时间 当转换结束时 EOC 发出一个脉冲向单片机提出中断请求 单片机响应中断请求 当外部中断1 的中断服务程序读 AD 转换结果 并启动 0809 的下一次转换 外部中断 1 采用 边沿触发方式 ADC0809 转换时间为 128us 系统使用的 12MHz 的 MCS 51 单 片机 故需要 128 个机器周期 AD 用到单片机 P1 口作为转换结果输入口 另外 用到单片机的 ALE RD WR P2 7 INT0 A D 转换子程序流程图如下所示 8 开始 启动A D转换 调用显示等待转换结果 读取转换结果 将结果送显示缓存区40H 结束 图 6 AD 转换流程图 程序如下 ZHUANHUAN MOVDPTR 7FF8H 指向通道 IN 0 且 P2 7 0 MOVA 00H MOVX DPTR A 锁定通道 IN 0 并启动转化 RET 中断服务程序 INT 0 PUSH PSW 保护现场 PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL CLREA 关闭中断 MOVDPTR 7FF8H 指向通道 IN 0 且 P2 7 0 MOVX A DPTR 读取 AD 转换结果到 A MOVADJIEGUO A 将 AD 转换结果保存至 AD 结果寄存器 9 2 42 4 显示子程序设计显示子程序设计 显示部分设计采用 4 位一体的共阳数码管 段选接在单片机的 P0 口上 位选接 在单片机的 P2 口的高 4 位上 采用 LED 动态显示方式 显示时轮流向各位数码管送出 各字型的段码和相应的位选 位选选中的 LED 则显示段码对应的字符 没选中的 LED 则不显示新的内容 利用发光二极管的余辉和人眼视觉的暂留作用 使人感觉各个 LED 数码管好像同时都在显示 动态扫描显示的优点是电路简单 占用 I O 资源少 成本 低 缺点是占用 CPU 软件稍复杂 显示用到寄存器分配情况如下所示 表 3 寄存器分配表 当前温度上限温度值下限温度值 标志位 30H30H30H 十位 31H34H37H 个位 32H35H38H 小数位 33H36H39H 表 4 共阳数码管段码表 0 9 段码 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 99H 92H 82H 0F8H 80H 90H 0 9 带小数点段码 40H 79H 24H 30H 19H 12H 02H 78H 00H 10H 标志位段码 0FEH 0BFH 0F7H 10 开始 显示程序初始化 送位选码 延时10ms 送显示数据 判断显示是否完毕 返回主程序 否 是 图 5 显示子程序流程图 2 52 5 按键子程序设计按键子程序设计 该设计用到 4 个独立式按键进行控制 第一个按键的功能是 按一次显示设定的上 限值 按第二次显示温度的下限值 按第三次返回当前的温度值 第二个按键的功能 是 实现加一功能 即对选定的数码管进行加一 当加到 9 时便返回 0 第三个按键的 功能是 设置位选 用于选定温度状态位 温度十位 温度个位 温度小数位 第四 个按键的功能是 设置键 按下该键系统进入设置门限值状态 按键的单片机口线为 P2 4 P2 5 P3 4 P3 5 11 扫描显示按 键 设置按键 跳转设置状态 查看子程序 跳转设置子程 序 等待按键松开 判断标志寄存 器是否为0 送上限温度给 显示寄存器 调用AD启动子 程序 判断标志寄存 器是否为1 送下限温度给 显示寄存器 等待按键松开 跳转标志寄存 器值加一 标志寄存器清 零 跳转标志寄存 器值加一 跳转程序 结束 跳转程序 结束 跳转程序 结束 跳转程序 结束 默认选用上限温度 设置 十位设置 扫描显示 加 一 位选设置 键 设置键 判断标志寄存 器是否为1 跳转相应按键 子程序 跳转标志寄存 器判断 启动声报警 关闭中断 是 否 否 是 是 否 图 6 按键程序流程图 跳转加一程序 等待按键松开 判断显示寄存 器是否为9 显示寄存器值 加一 显示寄存器置0 跳转当前设置状态判断 判断标志寄存 器是否为0 送显示寄存器 值至上限温度 寄存器 判断标志寄存 器是否为2 送显示寄存器 值至下限温度 寄存器 调用显示子程序 跳转标志寄存 器判断 是 否 是 否 否 是 图 7 加一子程序流程图 12 跳转状态设置 子程序 等待按键松开 判断标志寄存 器是否为2 标记寄存器值 清零 标志寄存器值 加一 调用显示子程序 跳转标志寄存 器判断 是 否 图 8 跳转设置子程序流程图 3 3 系统程序调试系统程序调试 3 13 1 调试准备调试准备 Protues 仿真软件 Medwin 编程软件 下载软件 3 23 2 调试步骤调试步骤 3 2 13 2 1 仿真调试仿真调试 图 9 系统仿真图 3 2 23 2 2 下载测试下载测试 使用软件 STC ISP 将仿真正确的程序下载到单片机 89C51 中进行实物调试 13 图 10 程序下载界面 将程序下载到单片机中 成功后进行显示与按键的调试 根据设计要求 显示部 分要求第一位显示温度值的标志位 第二到第四位显示温度值 个位带小数点 进行 显示调试 设置一个当前温度的初始值为 11 1 上限温度值为 99 9 下限温度值 为 00 0 14 图 11 温度显示实物调试图 按键实物调试 根据按键的功能要求 第一个按键的功能是 按一次显示设定的上 限值 按第二次显示温度的下限值 按第三次返回当前的温度值 第二个按键的功能 是 实现加一功能 即对选定的数码管进行加一 当加到 9 时便返回 0 第三个按键的 功能是 设置位选 用于选定温度状态位 温度十位 温度个位 温度小数位 第四 个按键的功能是 设置键 按下该键系统进入设置门限值状态 现在把上限温度值设置 为 66 4 把下限温度值设置为 37 3 15 图 12 按键功能实现图 图13 实物总图 16 结论与谢辞结论与谢辞 参考文献参考文献 1 陈其纯 电子线路 M 高等教育出版社 2005 7 45 50 2 张迎新 单片机初级教程 单片机基础 M 北京航空航天大学出版社 2004 10 105 110 3 楼然苗 51 系列单片机设计实例 M 北京航空航天大学出版社 2006 5 78 4 陈明荧 8051 单片机课程设计实训教材 M 北京 清华大学出版社 2004 8 60 71 5 阉石 数字电子技术基础 M 高等教育出版社 1998 3 34 52 17 附件附件 1 1 程序清单程序清单 BAOJINGBIT P3 2 XSAJBIT P2 4 按键口线 JYAJBIT P2 5 WXAJBIT P3 4 SZAJBIT P3 5 SHENGBIT P2 6 DUANXUANKOUEQU P0 WEIXUANKOU EQU P2 BIAOZHI EQU30H 当前温度寄存器 SHIWEI EQU31H GEWEI EQU32H XIAOSHU EQU33H SHIU EQU34H 上限温度寄存器 GEU EQU35H XIAOU EQU36H SHID EQU37H 下限温度寄存器 GED EQU38H XIAOD EQU39H ADJIEGUO EQU40H 各状态数值寄存器 SXJG EQU41H XXJG EQU42H JISHI EQU41H ORG 0000H LJMPSTART 18 ORG 0003H LJMPINT 0 转外部中断 INT 0 子程序 ORG 000BH LJMPTimer0 转内部中断 T0 子程序 ORG 0030H START 程序初始化 MOV SP 05FH 堆栈指针初始化 MOV BIAOZHI 0 给定显示标志位初始值 MOV SHIWEI 9 给定显示十位位初始值 MOV GEWEI 9 给定显示个位初始值 MOV XIAOSHU 9 给定显示小数位初始值 MOV JISHI 0 给定计时寄存器初始值 SETBEA 开启中总中断 MOV TMOD 01H 设定定时器 0 工作方式为 1 MOV TH0 3CH 设定定时器 T0 的定时初始值 MOV TL0 0B0H SETBTR0 启动定时器 T0 SETBEX0 开启外部中断 0 SETBET0 开启内部时钟中断 0 LCALLZHUANHUAN 调用 AD 转换子程序 MAIN 程序主函数 LCALLKEY 调用按键子程序 LCALLDISPLY LOOP 调用显示子程序 SJMPMAIN 跳转主程序 启动 AD 转化子程序 ZHUANHUAN MOV DPTR 7FF8H 指向通道 IN 0 且 P2 7 0 MOVA 00H MOVX DPTR A 锁定通道 IN 0 并启动转化 19 RET INT O 中断读取 AD 转化结果程序 INT 0 PUSHPSW 保护现场 PUSHACC PUSHDPH PUSHDPL CLR EA 关闭中断 MOV DPTR 7FF8H 指向通道 IN 0 且 P2 7 0 MOVXA DPTR 读取 AD 转换结果到 A MOV ADJIEGUO A 将 AD 转换结果保存至 AD 结果寄存器 计算子程序 MOV B 0A0H 将 10 送寄存器 B DIV AB 执行第一次除法得到十位 MOV SHIWEI A 将得到的十位数值送十位寄存器 MOV A B 送第一次除法运算后的余数 MOV B 0A0H 将 10 送寄存器 B DIV AB 执行第二次除法运算得到个位和小数位 MOV GEWEI A 将得到的个位数值送个位寄存器 MOV XIAOSHU B 将得到的小数数值送小数寄存器 SETBEA 开启中断 POP DPL POP DPH POP ACC POP PSW 还原现场 RETI 退出中断 按键子程序 KEY JNB XSAJ XSZT 判断显示状态按键是否按下 有则跳转显示状态子程 20 序 JNB SZAJ SZ 判断设置按键是否有键按下 有则跳转设置子程序 KEY END RET 返回主程序 显示切换状态子程序 XSZT LCALLDELAY10MS 有键按下延时去抖动 JB XSAJ XSZT END 无键按下返回 JNB XSAJ 有键按下 等待等待按键松开 MOV A BIAOZHI 送标志值到 A CJNEA 0 XSZT1 判断现态是否为上限状态 按键后次态为当前状态 LCALLZHUANHUAN 按键后切换显示当前温度 调用 AD 刷新当前温度 SJMPXSZT3 跳转标志位加一 XSZT1 CJNEA 2 XSZT2 判断显示现态为下限状态 按键后次态为上限状 态 MOVSHIWEI SHIU 送上限温度十位数值至显示十位寄存器 MOVGEWEI GEU 送上限温度个数值至显示个寄存器 MOVXIAOSHU XIAOU 送上限温度小数位数值至显示小数位寄存器 CLRBIAOZHI 将标志位清零 SJMPXSZT END 跳转子程序结束 XSZT2 现态为当前状态 按键后次态为下限状态 MOVSHIWEI SHID 送下限温度十位数值至显示十位寄存器 MOVGEWEI GED 送下限温度个数值至显示个寄存器 MOVXIAOSHU XIAOD 送下限温度小数位数值至显示小数位寄存器 XSZT3 INCA A 加一 MOVBIAOZHI A 保存标志位数值 21 XSZT END SJMPKEY END 结束子程序 返回 设置状态子程序 SZ LCALLDELAY10MS 有键按下延时去抖动 JBSZAJ SZ END 无键按下返回 JNBSZAJ 有键按下 等待等待按键松开 CLREA 关闭中断 避免 AD 转换刷新程序对设置程序干扰 MOVBIAOZHI 0 默认设置为上限温度设置 MOVR0 34H 默认选择设置十位数数值 SZ1 MOVA BIAOZHI 送标志值到 A CJNEA 1 SZ2 判断标志值的状态 SETBSHENG 启动声报警 SZ2 JNB XSAJ XSZTSZ 判断显示状态按键是否按下 JNB JYAJ JIAYI 判断加一按键是否按下 JNB WXAJ WEIXUAN 判断位选按键是否按下 JNB SZAJ SZ END 判断设置按键是否按下 SJMPSZ2 跳转按键判断循环 显示按键设置子程序 XSZTSZ LCALLDELAY10MS 有键按下延时去抖动 JB XSAJ SZ END 无键按下返回 JNB XSAJ 有键按下 等待等待按键松开 MOV A BIAOZHI 送标志值到 A CJNEA 2 XSZTSZ1 判断标志值的状态 CLR A 将标志值清零 SJMPXSZTSZ2 跳转标志值保存 XSZTSZ1 INC A 标志值加一 22 XSZTSZ2 MOVBIAOZHI A 保存标志值 LCALLDISPLY LOOP 调用显示子程序 XSZTSZ END SJMPSZ1 跳转标记寄存器值判断 位选按键设置子程序 WEIXUAN LCALLDELAY10MS 有键按下延时去抖动 JB WXAJ WEIXUAN END 无键按下返回 JNB WXAJ 有键按下 等待等待按键松开 CJNER0 33H WEIXUAN1 判断当前选定的设定位是否为小数位 MOVR0 31H 选定设置位为十位 SJMPWEIXUAN END 跳转位选按键子程序结束 WEIXUAN1 INC R0 切换到下一位 WEIXUAN END SJMPSZ1 跳转到标记寄存器值判断位 加一按键子程序 JIAYI LCALLDELAY10MS 有键按下延时去抖动 JB JYAJ JIAYI END 无键按下返回 JNB JYAJ 有键按下 等待等待按键松开 CJNE R0 9 JIAYI1 判断当前选定显示寄存器值是否为 9 MOV R0 0 将显示寄存器清零 SJMPJIAYI2 跳转当前标志状态判断 JIAYI1 INC R0 将当前选定显示寄存器值加一 JIAYI2 MOVA BIAOZHI 送当前显示标志值送 A CJNEA 0 JIAYI3 判断当前显示标志值是否为上限温度 MOVSHIU SHIWEI 保存当前设置十位值到上限温度寄存器 MOVGEU GEWEI 保存当前设置个位值到上限温度寄存器 23 MOVXIAOU XIAOSHU 保存当前设置小数位值到上限温度寄存器 SJMPJIAYI4 跳转调用显示子程序 JIAYI3 CJNEA 2 JIAYI4 判断当前显示标志值是否为下限温度 MOVSHID SHIWEI 保存当前设置十位值到下限温度寄存器 MOVGED GEWEI 保存当前设置个位值到下限温度寄存器 MOVXIAOD XIAOSHU 保存当前设置小数位值到下限温度寄存器 SJMPJIAYI4 跳转调用显示子程序 JIAYI4 LCALLDISPLY LOOP 调用显示子程序 JIAYI END SJMPSZ1 跳转到标记寄存器值判断位 设置按键确定子程序 SZ END CLR S