单片机系统室内温度计算机远程监测系统.doc

课程设计说明书课题名称：室内温度计算机远程监测系统学院名称： 机械工程 专业名称： 机械设计制造及其自动化 设计成员： 指导老师： 完成日期：2010年12月30日目录第一章 研制背景及意义1第二章 系统结构及测试过程简介1第三章 系统各部分工作原理及实物介绍13.1、单片机系统23.2、温度传感器33.3、计算机操作界面 63.4、软件的调试7附录1 单片机系统C语言源程序9第一章 研制背景及意义多点测温在两市仓库储存的温度监控，禽蛋孵化箱自动温度控制，机柜仪器设备 的温度监控，电力电讯设备的过热故障预知检测，交通工具温度监视，医疗与保健诊断的温度检测，以及智能家具的温室调节等领域有着广泛的应用。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，但利用热敏电阻测量温度精度较低可靠性较差，且必须经过A/D转换等接口电路转换成数字信号后才能给微处理器进行处理，这样就使得测温的电路结构复杂，降低了系统的安全可靠性。第二章 系统结构及测试过程简介本测试装置由：单片机系统、温度传感器、台式电脑组成，系统组成如图2.1所示。 系统组成图第三章 系统各部分工作原理及实物介绍3.1、单片机系统单片机系统由SCS89C52单片机、MAX232电平转换芯片、九针串口接头、上电复位电路、晶振电路、供电接口等组成、电路图如图所示。 单片机系统电路图单片机系统实物图如图所示。C语言源程序见附录1串口及定时器初始化上位机读操作？读第一个温度传感器延时读第二个温度传感器读第三个温度传感器求平均值预处理送串口NY开始 单片机系统程序流程3.2、温度传感器1、温度传感器采用DS18B20，DS18B20是美国dallas公司生产的单线数字温度传感器，它是一款性能优异的智能继承数字式传感器，具有体积小功耗低，性能高抗干扰能力强使用简单等优点。其独特的单总线技术使用户可轻松的组建传感器网络，特别适合于多点温度检测系统。每个DA18B20都有一个唯一的64位ROM序列号，通过查询此序列号，就可以区分不同的器件，这样就可以实现一根总线上挂多个DS18B20的目的，准保在应用时能被唯一标识，以实现对对象的准确控制2.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电 2.2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 2.3、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 2.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，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 2.5、温范围55125，在-10+85时精度为0.5 2.6、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温 2.7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 2.8、测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 2.9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。 2、DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如下图1:3、DS18B20引脚定义： (1)DQ为数字信号输入/输出端； (2)GND为电源地； (3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。4、DS18B20内部结构图5、DS18B20工作原理 DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。6、DS18B20测温原理框图 DS18B20有4个主要的数据部件： （1）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。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自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 （2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。7、实物图温度传感器3.3、计算机操作界面计算机操作界面通过Labview编程实现，可显示实时温度。计算机操作界面如图所示。 计算机操作界面上位机Labview程序上位机程序由串口通信程序和导热系数计算算法程序构成。串口通信程序如图所示，该程序由串口设置模块、写串口模块、读串口模块、关闭串口模块、数据转换与标定模块组成，与单片机系统串口通信程序配合，形成一个串口通讯协议，实现了单片机系统和上位机间的实时数据交换。 串口通信程序上位机导热系数计算算法程序流程如图3.11所示，先测定环境温度，然后在60秒间隔内两次测试加热温度，再计算温差比值，查表计算指数积分，最后计算导热系数测定环境温度t0测定加热60s后的温度t1测定加热120s后的温度t2确定由表查得由公式得出导热系数 程序流程图基于Labview软件实现了上述算法，其G语言程序如图所示 部分G语言程序3.4、软件的调试硬件的调试硬件调试时利用开发系统、基本测试仪器等，检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两部进行静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种调试。步骤如下：第一步：目测，检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再监测各种电源与接地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给电路板加电，检测所有的插座或者是硬件的电源是否符合要求的值。第四步：联机检查，因为只有单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查：动态调试的一般方法是由近及远、有分到和。由近及远 是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。有分到合 是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上，当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，再对各块电路功能及各电路之间可能存在的相互联系进行调试。设计体会本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求。由于时间的短缺而没有更好地完善，在今后条件允许的情况下再扩展。基本部分各单元工作稳定。通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻言放弃，设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。致谢本研究及论文是在指导老师陈国凡老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。从研究课题的选择到作品的最终完成，陈国凡老师都始终给予我们细心的指导和不懈的支持。在此谨向陈国凡老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。参 考 文 献1赵永江楼宇的门禁、监控及车库管理系统M北京：中国，电力出版社，20052谢克明，夏路易可编程控制器原理与程序设计M北京，电子工业出版社，20023张进秋可编程控制器原理及应用实例M北京：机械，工业出版社，20034 PLC入门学习基础教程M 北京：机械，工业出版社，20035可编程序控制器应用指南 易传禄主编 上海科普出版社6 可编程序控制器原理及应用 钟肇新 彭 侃编 华南理工大学出版社7 电气与可编程序控制器技术 汤以范主编 机械工业出版社8 PLC编程及应用 廖常初主编 机械工业出版社9 SIMATIC S7-200可编程序控制器CPU22X系统手册西门子(中国)有限公司10 可编程序控制器原理及应用 赵金荣 叶 真编 上海应用技术学附录1 单片机系统C语言源程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit DQ2=P10;/数据传输线接单片机的相应的引脚 sbit DQ1=P11; sbit DQ0=P12; unsigned char tempL0=0,tempL1=0,tempL2=0; unsigned char tempH0=0,tempH1=0,tempH2=0;unsigned int temperature0,temperature1,temperature2; unsigned int a, b, c, d; bit e;void delay0(unsigned int win) unsigned int n; n=0; while(n win) n+; return; void delay1(unsigned int win) unsigned int n; n=0; while(n win) n+; return; void delay2(unsigned int win) unsigned int n; n=0; while(n 480ms) DQ0=1; /拉高数据线 delay0(14); /等待（1560ms) x=DQ0; delay0(20);Init_DS18B201(void) unsigned char x=0; DQ1=1; /DQ先置高 delay1(8); /稍延时 DQ1=0; /发送复位脉冲 delay1(85); /延时（480ms) DQ1=1; /拉高数据线 delay1(14); /等待（1560ms) x=DQ1; delay1(20);Init_DS18B202(void) unsigned char x=0; DQ2=1; /DQ先置高 delay2(8); /稍延时 DQ2=0; /发送复位脉冲 delay2(85); /延时（480ms) DQ2=1; /拉高数据线 delay2(14); /等待（1560ms) x=DQ2; delay2(20);/* /读一个字节 ReadOneChar0(void)/主机数据线先从高拉至低电平1ms以上，再使数据线升为高电平，从而产生读信号 unsigned char i=0;/每个读周期最短的持续时间为60ms，各个读周期之间必须有1ms以上的高电平恢复期 unsigned char dat=0; for (i=8;i0;i-) /一个字节有8位 DQ0=1; delay0(1); DQ0=0; dat=1; DQ0=1; if(DQ0) dat|=0x80; delay0(4); return(dat);/* ReadOneChar1(void)/主机数据线先从高拉至低电平1ms以上，再使数据线升为高电平，从而产生读信号 unsigned char i=0;/每个读周期最短的持续时间为60ms，各个读周期之间必须有1ms以上的高电平恢复期 unsigned char dat=0; for (i=8;i0;i-) /一个字节有8位 DQ1=1; delay1(1); DQ1=0; dat=1; DQ1=1; if(DQ1) dat|=0x80; delay1(4); return(dat);/* ReadOneChar2(void)/主机数据线先从高拉至低电平1ms以上，再使数据线升为高电平，从而产生读信号 unsigned char i=0;/每个读周期最短的持续时间为60ms，各个读周期之间必须有1ms以上的高电平恢复期 unsigned char dat=0; for (i=8;i0;i-) /一个字节有8位 DQ2=1; delay2(1); DQ2=0; dat=1; DQ2=1; if(DQ2) dat|=0x80; delay2(4); return(dat);/* /写一个字节 WriteOneChar0(unsigned char dat) unsigned char i=0; /数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。15ms之内将所需写的位送到数据线上， for(i=8;i0;i-) /在1560ms之间对数据线进行采样，如果是高电平就写1，低写0发生。 DQ0=0; /在开始另一个写周期前必须有1ms以上的高电平恢复期。 DQ0=dat&0x01; delay0(5); DQ0=1; dat=1; delay0(4);/* WriteOneChar1(unsigned char dat) unsigned char i=0; /数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。15ms之内将所需写的位送到数据线上， for(i=8;i0;i-) /在1560ms之间对数据线进行采样，如果是高电平就写1，低写0发生。 DQ1=0; /在开始另一个写周期前必须有1ms以上的高电平恢复期。 DQ1=dat&0x01; delay1(5); DQ1=1; dat=1; delay1(4);/* WriteOneChar2(unsigned char dat) unsigned char i=0; /数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。15ms之内将所需写的位送到数据线上， for(i=8;i0;i-) /在1560ms之间对数据线进行采样，如果是高电平就写1，低写0发生。 DQ2=0; /在开始另一个写周期前必须有1ms以上的高电平恢复期。 DQ2=dat&0x01; delay2(5); DQ2=1; dat=1; delay2(4);/*ReadTemperature0(void) Init_DS18B200(); WriteOneChar0(0xcc); WriteOneChar0(0x44); delay0(125); Init_DS18B200(); WriteOneChar0(0xcc); WriteOneChar0(0xbe); tempL0=ReadOneChar0(); tempH0=ReadOneChar0(); temperature0=(tempH0*256)+tempL0; delay0(20); return(temperature0);ReadTemperature1(void) Init_DS18B201(); WriteOneChar1(0xcc); WriteOneChar1(0x44); delay1(125); Init_DS18B201(); WriteOneChar1(0xcc); WriteOneChar1(0xbe); tempL1=ReadOneChar1(); tempH1=ReadOneChar1(); temperature1=(tempH1*256)+tempL1; delay1(20); return(temperature1);ReadTemperature2(void) Init_DS18B202(); WriteOneChar2(0xcc); WriteOneChar2(0x44); delay2(125); Init_DS18B202(); WriteOneChar2(0xcc); WriteOneChar2(0xbe); tempL2=ReadOneChar2(); tempH2=ReadOneChar2();