基于DS1820的室温监测装置的设计【优秀机械机电毕业设计论文】【A6030】
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a6030
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图 1 系统硬件连接框图 图 2 主单片机系统硬件连接框图 图 3 从单片机系统硬件连接框图 至从单片机 至 交流电源 C 开关电源模块 通讯端口 1 声、光报警 输出控制 显示电路 主 单片机 通讯端口 2 自检电路 至主单片机 交流电源 C 开关电源模块 、光报警 输出控制 单片机 通讯端口 图 4 开关电源电路 图 4 看门狗电路 图 5 键盘电路电路 图 6 温度显示 电路 C 2 +4R 2 I I +1 I I +2V C 8M A X 2 3 2V C 21 u / 2 5 31 u / 2 5 41 u / 2 5 51 u / 2 5 61 u / 2 5 5D B 9R X 单片机至 换 电路 162738495 9 A T 8 9 C 5 1162738495 9 P D R X D T X 9 针串口 电路接线图 图 9 部结构图 图 12 程序结构 图 图 13 主程序流程图 中断入口到否定时器重新赋值装下一个温度显示存储单元地址返回中断入口到否定时器重新赋值装下一个温度显示存储单元地址返回图 14 中断控制程序 流程图 开始自动接收数据子程序读 一个数据且存储回复 55 络信号 返回8 个 字节到否？个图 15 软件 流程图 开始发联络信号 络信号 55 H ？图 16 单片机通讯程序 流程图 无锡职业技术学院毕业设计说明书 I 基于 室温监测装置的设计 摘要 一种可组网的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 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。 该系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准信接口，芯片使用了 司的 片机和 司的字温度传感器。温度检测是现代检测技术的重要 组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。本次毕业设计充分考虑目前社会实际因应用中遇到的一些问题，并在设计中加以完善，正适应了社会上的需要，给出了解决问题的方法。 由于水平有限，时间仓促，在设计过程中难免会有错误，请专家给予指正。 关键词 ： 片机； 温度测量；数字温度传感器； 无锡职业技术学院毕业设计说明书 is it to up to is is is by on s s is in so on in is in at in to at of s in is is in to 无锡职业技术学院毕业设计说明书 录 第一章 引言 1 第二章 基于 室温监测装置系统的工作原理 2 第三章 硬件结构 4 3 1 开关电源及看门狗电路 4 3 2 键盘及显示电路 5 3 3 温度测试电路 7 3 4 串口控制电路 8 第四章 元器件的选择 9 源部分 9 度传感器的选择 9 片机 13 门狗监视芯片 13 光报警 14 电器控制电路 14 第五章 软件设计 15 件设计流程图 15 件设计要求 19 件清单 20 第六章 用中注意事项 30 总结 3 1 结束语 32 致谢 3 3参考文献 34 外文翻译资料 1 北京天然气输送管道工程中的应用 陕京输气管道采用了 统实现陕西到北京天然气输送的远程监视、控制、数据采集、管道工艺优化和决策，是迄今为止我国陆上控制天然气管道距离最长，自动化水平最高，功能齐全等自动化系统。该系统由德国 道工程公司、德国 统自动化公司，四川石油管理局勘探设计研究院、北京华油有限责任公司等共同完成。天津诺迪亚可编程控有限公司作为德国接参与了 统设计，程序编制，安装调试和维修服 务的全部工作，为工程的顺利完成作出了重要的贡献。 一、系统概况 陕京 统在北京设置一总控制调度室，下设四个输气管理处终端监视，沿管线设置 ，系统构成。 统作为 统的智能 整个 统中占有重要地地位。陕京管道全线共设有自动控制站（ 20 座， 统在站中负责采集现场控制信号，对各种阀门进行操作和调节；接收来自流量计算机所产生的流量数据进行整理和存储，生成相应得趋势曲线和生产报告；接收气体分析仪的数据来动态调整流量计算机中的参数等等 。 各站的 接收来自调度中心的控制指令，以实现全线的远程监控。远程通信方式为通信卫星（ 公用电话网（ 其中卫星通信为主路由，公用电话网为备用路由。 二、系统配置 陕京输气管道 统选用的是 代 品。在 20 座自动控制站（ 分为两类： A 类：有人值守的计量站，包括靖边首站、北京末站、琉璃河分输站和永清分输站。由于这四个站规模较大，并且是流量数据的来源 ，为保证系统的高可靠性，计量站 配置了双机热备系统和冗余的通信路由，另外配置了工业计算机人机接口（ 相应的报警。 40存为 756描速率为 K 字。上位监控软件为 B 类：无人值守的 9 座站及 7 座清管站，由于这些站规模较小，且主要作为北京调度中心遥控设备，因此在站内不设 机接口，也外文翻译资料 2 不作热备，但是通信路由仍然是冗余配置。 机选用 140存为 256描速率为 1 K 字。 三、通信系统 有强大的通信功能，充分支持局域控制网络和远程广域通信网络。 1、局域控制网络在靖边站、琉璃河站、北京末站、永清站都采用了B+)网络。 一个高性能的工业通讯网，它可以使计算机， 其它数据源经双绞线电缆在工业现场的环境下实现对等通讯， 数据传送速率是1用的是令牌通信策略，具有高可靠性和大的吞吐率。 持网络的状态监测，可以由 视网络的运行状况，在故障时可产生即时报警，此外， 持例外读写和非清求读写等高级通 信功能。 在 络中配置了 路复合网桥，将 络协议转换为标准的 口协议，以集成广域网通信。 2、广域通信 在各现场站到北京调度中心的通信网络中，采用的是 议。 用 串行通信方式，能利用一切现有的远程通信方式如卫星、无线电、电话线路等。 统中远程通信的主路由为美国休斯公司的卫星通信系统，从一个 口可与休斯公司的卫星收发设备相连， 据包经卫星收发设备打 成 数据包以加强通信的纠错能力。北京调度中心的热备通信前端处理机（ 责请求和接收各现场站的数据，进入 统数据库。 由于 成在 络中，前端机支持同时打开八条通道与现场站进行通信。在 统中 20 座现场站分成了 8 组，其中四座计算机站分别为单独的组，以支持大的通信数据和保证实时性，其他无人操作站分配 4组，运用轮循方式进行数据请求。 统的备用路由是 用电话网。 过调制解调器与电话网相联，本项目采用的是拨号方式与各 站联通。当卫星通道发生故障时，备用路由即开始启用。由于整个系统设计了四条拨号线，所以 是采用轮循方式对各站进行访问，加上拨号、应答及挂断的时间，速度要比 信要慢得外文翻译资料 3 的多。 道和 道故障可由通信超时信号（ 监测，超时的时间数值及通信请求的重发次数可以在 置表中预先设置。 3、系统的同步 为保持 统各部分数据的一致性，保持整个系统的同步非常重要，特别是在整个管道上的 9 座阴极保护防腐装置，要求各站工作状态同步变化，以测试断电状态时的保 护电位。 首先在北京调度中心设置了 钟作为全系统的标准时间，并要求各硬件时钟误差不超过 1 秒。系统时钟同步是由前端机向各现场站发送时钟校核来实现的。时钟校核方式为： 当有一新 接上网； 30 分钟对各站校核一次； 新启动时必须校核； 中断的通信获得恢复时也应该校核； 在实际应用中，对 程时还采用了程序段调度的方法，使时钟同步程序优先执行，以使 即时获得由中控室下载的系统时钟。 四、站控制系统 1、双机热备 为保证各计量站系统的 高可靠性，计量站 采用双机热备的配置。有先进的热备系统，组态简单，操作方便。通过两套配置完全相同的 机，电源和热备处理模块，形成主备形式。在正常状态下，主机负责处理程序运行，进行 I/O 服务，更新备用机的状态及数据，备用机则监视主机的运行状态。当主机发生故障时，备用机马上进行切换。变成主机接替故障机的处理工作。切换时间不超过 一个扫描周期，在陕京项目中，各站行扫描周期不超过 50 2、逻辑控制 制程序主要进行管道的优先级选择及 阀门操作。在北京末站中有四条分离器通道，随后是四条计量通道，每条计量通道设置一台流量计算机。为保证气体平稳及安全的通过，需要根据气量大小和通道工作状态选择不同的通道组合，程序中采取了联锁、排序及矩阵等算法实现以上功能。 站上电动阀控制方式分为三种。 外文翻译资料 4 远程方式：由北京调度中心实现远程操作，如全线各站的关闭和干线上 北京调度中心不能进行远程开启控制。 本地方式：由 统的 控制，北京调度中心不能对阀门进行操作。如果当站控 生故障时间超过 30 秒，本地 方式行动切换成远程方式。 设备维护方式：当阀处于维护方式时，调度中心及 统均不能控制，由维护人员到现场对阀进行手动操作。 阀门控制信号有开到位，关到位，运行，故障，过扭矩，超时，开信号，关信号，维护位，站本地远程切换等。站上有些调节阀需进行 作， 序中的 能完成，为完成手动自动的无扰切换，还增加了相关的判断和位置程序。为 操作面板。 在发生严重事故时， 有紧急关断功能（ 以使事故损失最小。 3、 状态 在 序 中还加入了 状态监测，如主机运行 I/O 模块及各 I/O 的故障信息，通信状态。所有的状态信息都在 北京调度中心得到显示，当某一 I/O 模块发生故障时，在相应的人机接口画面上将有红色报警及有关信息。 4、 为 统的一部分，安装在工业计算机中的上位监控软件已经得到广泛的应用。在陕京项目中，采用的是美国 司的 件。 行在 作下，分辨率为 12801024，并全部汉化。动态显示 管道和设备的当前状态，显示温度、压力、流量等数据和趋势，报警信息和 部分的工作状态，处理火灾报警信号等等。通过对现场的电动阀进行操作，选择工作状态，进行 节等。对流量数据进行处理，形成现场的工作报表。 立一个本地关系数据库，数据库支持历史数据趋势的显示及历史数据的查询，另外形成历史数据报表。数据报表分为实时报表和历史报表，实时报表可由操作员随时打印，历史报表定义为每天自动打印一次，操作员也可以随时打印过 去一天的数据。在站中设计存储一周的全部数据。 5、系统的接地和保护 在陕京 统设计中，对接地系统作为简化处理。系统的保护地及屏蔽地合为一个地，整个站设一个接地极，形成单端接地，这对 说是允许的。外文翻译资料 5 各 块的输入输出都外加保险熔断丝来加以保护，以防止超高浪流通电压或不匹配电压损坏模块。对于外接的通信线路，如电话线入口接入了雷电保护器，以防止恶劣天气中闪电所产生的高电压进入系统。 五、结语 经过约 18 个月的紧张工作和献身精神，陕京 统完成了设计、编程和安装调试，于 1997 年 9 月投入运行，现在已处于系统维护阶段。在与多家国外公司的合作中，国内工程师获得了很多宝贵的先进技术和工程管理思想，也为国内建设其他管道自动化系统提供了成功的范例和经验。这必将大大推动自控技术和工程管理的发展。 外文翻译资料 6 is by s of of LE of in in of LC by of a an I. to a of of up as a TU at in to an a of 20, LC in of at of of of by a to so is to at of of in to a of 外文翻译资料 7 In 0 is : It of at As is of to LC is of 40 56 KB .3 ms : as as a is LC is 40 56 1 ms a of 1, at ) is a or in of to is on by LC of in an in in of to a to 2, 外文翻译资料 8 to a de a to of of as to a by to by is at As at at in 0 a to of no to is a is on As is EP is a on to up in by to of in be in 3, to of is in of of in to of 外文翻译资料 9 up a as a LC is by to to to a of 0 on a of be in of LC of to of to by LC 4. 1, To at LC is a by of LC by In is I / O of to a of a in LC is 0 2, of at of a by of up a To it is to of a a to 外文翻译资料 10 on is to as of TU by MI to If MI 0 a LC to to of a in a of s on a by LC ID of it of in of a a to 3, in LC LC as of / O / O is in a of LC a / O in be 4, as of LC in in In by s in 280 1024, be of 文翻译资料 11 LC of of to so be on of on of of LC of a of a of by at as a at In of 5, in LC of as a of to a be up a a is LC to be to of or do of as to in to by in to V. 8 of a 997 it is in of in a of as as to 毕 业 设 计 任 务 书 2008 年 02 月 26 日 毕业设计题目 基于 室温监测装置的设计 指导教师 俞云强 职称 副教授 专业名称 机电一体化技术 班级 机电 50532 学生姓名 宋根勇 学号 5020053222 设计要求 1、 调查研究、查阅文献和搜集资料； 2、 阅读和翻译与研究内容有关的 外文资料； 3、 确定系统总体设计方案，包括主要开发工具及平台； 4、 系统详细设计方案，包括工艺流程图、控制流程图、功能模块、数据流图、程序框图、开发关键技术等； 5、 系统设计的源程序； 6、 撰写毕业设计（论文）。 完成毕业课题的计划安排 序号 内容 时间安排 1 熟悉设计内容，搜集设计资料，确定系统总体设计方案 2008008 单元电路设计、原理图设计 2008008 原理图绘制、 程序框图设计 2008008 单片机程序设计 软件的仿真调试 2008008 完成设计工作的资料汇总、总结，完成设计报告 2008008辩提交资料 毕业设计说明书及图纸 计划答辩时间 2008 年 4 月 11 日 无锡职业技术学院机电技术学院 2008 年 02 月 26 日 无锡职业技术学院毕业设计说明书 1 第一章 引言 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。 本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（ 型计算机），下位机（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 行通讯标准，通过上位机（ 制下位机（单片机）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控 行数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。 下位机采用的是单片机基于数字温度传感器 系统。 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、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。 基本功能以及技术要求： 1. 采用单片机进行室温的监测。 2. 对室温进行实时的显示；当室温达到报警设定值时，应能报警。 3. 能设定室温的报警值。 4. 室温的测量范围为 0 100，测量精度 5. 当某处的实际室温超过设定的上下限时，该处的蜂鸣器报警。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 2 第二章 基于 室温监测装置系统工作原理 在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行 换 ，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片 量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在 0 100 摄氏度时，最大线形偏不大于 1摄氏度。 采用温度芯片 量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测 量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。 图 1 系统硬件连接框图 无锡职业技术学院毕业设计说明书 3 图 2 主单片机系统硬件连接框图 图 3 从单片机系统硬件连接框图 至从单片机 至 交流电源 C 开关电源模块 通讯端口 1 声、光报警 输出控制 显示电路 主 单片机 通讯端口 2 自检电路 至主单片机 交流电源 C 开关电源模块 、光报警 输出控制 单片机 通讯端口 锡职业技术学院毕业设计说明书 4 第三章 硬件结构 3 1 开关电源及看门狗电路 a、电源电路 因为单片机工作电源为 +5V，且底层电路功耗很小。采用 7805 三端稳压片即可满足要求。 具体电路图如下： 图 4 开关电源电路 b、看门狗电路 考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣，单片机会受到周围环境的干扰，而出现程序跑飞，死机 等一些不可预知的不正常工作现象。工作人员也不可能到现场对单片机重起，本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路。定时查询单片机的工作 状态 ,一但发现异常即对单片机延时重起。保证系统安全可靠的运行。 门限电平为 在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时。 于监控微处理器，以确保微处理器的正常运行。看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作。 00型值）。 特性： 无锡职业技术学院毕业设计说明书 5 00型值。 具体电路图如下 : 图 4 看门狗电路 3 2 键盘及显示电路 键盘电路 : 单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路 ,以及专一的复位功能外 ,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘有编码和非编码两种。非编码键盘硬件电路极为简单。故本系统采用拨码开关来控制。具体电路如下： 无锡职业技术学院毕业设计说明书 6 图 5 键盘 电路电路 A、开关状态的可靠输入 键开关状态的可靠输入有两种解决方法。一种是软件去抖动：它是在检测到有键按下时，执行一个 10确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响。另一种为硬件去抖动：即为按键添加一个锁存器。两种方法都简单易行，本设计采用的是硬件去抖。 B. 对按键进行编码给定键值或给出键号 对于按键无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的散转转移。为使编码间隔小，散转入口地 址安排方便，常采用依次序排列的键号。 拨码开关值 含义 0000 实时显示通道一的温度值 0001 实时显示通道二的温度值 0010 实时显示通道三的温度值 0011 实时显示通道四的温度值 0100 实时显示通道五的温度值 0101 实时显示通道六的温度值 0110 实时显示通道七的温度值 0111 实时显示通道八的温度值 1* 自动循环显示所有通道的温度 C. 选择键盘监测方法 对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。本设计采用的查询法，即在在 描子程序。 温度显示电路 : 设计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 译码器输无锡职业技术学院毕业设计说明书 7 出， 具体电路图如下： 图 6 温度显示 电路 3 3 温度测试电路 这里我们用到温度芯片 有 3引脚 92小体积封装形式。测温 分辨率可达 被测温度用符号扩展的 16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 持 “一线总线 ”接口，测量温度范围为 +125C，在 85C 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。无锡职业技术学院毕业设计说明书 8 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 3 4 串口控制电路 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 单片机的串口是 者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片 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。 具体电路如下： C 2 +4R 2 I I +1 I I +2V C 8M A X 2 3 2V C 21 u / 2 5 31 u / 2 5 41 u / 2 5 51 u / 2 5 61 u / 2 5 5D B 9R X 单片机至 路 我们采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的 9针串口只连接其中的 3根线：第 5脚的 2脚的 3脚的 是最简单的连接方法，但是对 本设计 来说已经足够使用了，电路如 上 图所示 。通信线采用交叉接法，即两者信号线对应成为 R T， T R。 具体连接电路如下 : 162738495 9 A T 8 9 C 5 1162738495 9 P D R X D T X 针串口 电路接线图 无锡职业技术学院毕业设计说明书 9 第四章 元器件的选择 电源部分 采用开关电源模块供电，本设计共需要两个等级的电源电压。第一：单片机及其外围接口电路工作需要使用标准的 5二：的声光报警电路本设计采用了 12的就是为了提高声光报警的功率，加大声光报警作用的范围，使得操作人员在附近不远处询查时出现转速异常时也可 以较清晰的听到或看到报警信息。 为了降低成本，同时考虑到线路中的所需使用较大功耗仅在声光报警时，所以选用 2V，将此开关电源模块的输出直接向声光报警电路提供电源，同时将一片 输入端与开关电源模块的输出端相连，这样开关电源模块输出的 12V 直流电压经 换成单片机及其外围接口电路需要的 5V 的直流电源电压。 温度传感器的选择 1、 介 美国 导体 公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（ 利技术。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、 脚及功能 地 数据输入 /输出脚（单线接口，可作寄生供电） 源电压 3、 内部结构如 下 图所示 无锡职业技术学院毕业设计说明书 10 图 9 （ 1） 个主要的数据部件： 64位激光 64位激光 位 48位序列号和 8位家族代码 (28H)组成。 温度灵敏元件。 非易失性温度报警触发器 L。可通过软件写入用户报警上下限值。 配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。 0工作时按此寄存器中的分辨率将温 度转换成相应精度的数值，其各位定义如图所示。 1 1 1 1 1 10 其中， 试模式标志位，出厂时被写入 0，不能改变； 度计分辨率设置位，其对应四种 分 辨率如 下 表所列，出厂时 ， （即 12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。 （ 2） 高速暂存存储器 高速暂存存储器由 9个字节组成，其分配如 下 图所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0和第 1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如图所示。对应的温度计算：无锡职业技术学院毕业设计说明书 11 当符号位 S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 配置寄存器与分辨率关系表 ： 表 10 配置寄存器与分辨率关系表 1 温度计分辨率 /大转换时间 / 0 9 1 10 0 11 375 1 1 12 750 温度低位 温度高位 L 配置 保留 保留 保留 8位 储器映像图 11 温度值格式图 度数据表 ： 23 22 21 20 2 S S S S 26 25 24 对 要注意以下问题 （ 1）对硬件结构简单的单线数字温度传感器 行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数 据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用 高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。 （ 2）有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动 列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。 （ 3）测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接 蔽层在源端单点接地。 三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将 接牢固。若 感器只送 的温度值。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 12 （ 4）实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的 时还应注意最远接线距离。另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。 典型对应的温度值表 : 表 10 典型对应的温度值表 温度 / 二进制表示 十六进制表示 +125 + 55 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 07191H 00008H 0000H 、 室温监测装置结构原理 （ 1）传感器部分 采用数字温度芯片 出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此 元件线形较好。在 0 100摄氏度时，最大线形偏差小于 1摄氏度。 单总线的 数据传输 ，由数 字温度计 微控制器 成的温度测量装置 ,它直接输出温度的数字信号 ,可直接与计算机连接 。 这样 ,测温系统的结构就比较简单 ,体积也不大 ,且由于 以带多个 此可以 非常容易 实现多点测量 采用温度芯片 量温度，体现了系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用， 有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。 （ 2）主控制部分 此次设计采用 位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实无锡职业技术学院毕业设计说明书 13 现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多 可以与 运用主从分布式思想，由一台上位机（ 下位机（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 ,实现远程控制。另外 工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。 单片机 本模块采用的主要芯片是 单片机是 司生产的低功耗、高性能的 8位 自带 8片的制造工艺采用了 程序指令的设置与输出方面和工业标准 80兼容。可擦写的特性是程序存储器在系统中能被重写或者通过一种惯用的固化内存的设备来完成，通过结合一种通用 8位 嵌入式系统提供了较强的灵活性和极为有效的解决方法。 部包含有 1 个 8位 荡器和时钟电路， 8128字节的数据存储器，可寻址外部程序存储器和数据存储器（各 64 21个特殊功能寄存器， 4个并行 I/1个全双工串行口， 3 个 16 位定时器 /计数器， 6 个中断源，提供 2 个中断优先级，可实现二级中断优先级。具有位寻址功能，有较强的布尔处理能力。 考虑单片机的运行速度，选用常用的 12此频率下，单片机一个机器周期为 1微妙，运行速度较快。 看门狗监视芯片 本设计一般应用于工业现场需要监测设备转速的场合，外界干扰较多且必 须要考虑，从系统可靠性角度出发，单片机选用同时具有上电复位方式和监视功能的看门狗监视芯片。其性能介绍如下。 监控芯片可为系统提供上电、掉电复位功能，也可提供其它功能，如后备电池管理，存储器保护、低电压告警或看门狗等。“看门狗”计时器电路英文名为 称作用是监测单片机的运行，一旦发现“死机”就发出复位信号恢复程序的正常运行。基本原理相同。 监控芯片，具有价格低、功能完善、低功耗的优点，而且工作温度范围 宽（ +80），使用简单。它能在上电、掉电期间或手动情况下产生复位信号，它内含一个 看门狗定时器的无锡职业技术学院毕业设计说明书 14 外，还有一个 限的电源故障报警电路，可用于检测电池电压和非 5 ， 过外接电阻 组成不同门限电压监视网络。当电源电压低于容限电压时即视为报警输出。监控电路还具有上电复位输出和外部手动复位输出功能，芯片内部有一个上电比较器，当电源电压上升到可靠的工 作电压后，即在 00持单片机系统的正常复位。芯片内有一个看门狗定时器 单片机 最短的状态改变周期为 持高电平或低电平达 可使内部定时器完成计数，并置 低。 看门狗输出，如果连接到 声光报警 虽然单片机 0需要外接驱动电路，可直接驱动发光二极管，但是为了降低单片机本身的功耗提高其工作的 稳定性我们仍使用 12所以选用 限流电阻直接连到三极管的集电极上。单片机高电平时，发光二极管不亮；低电平时点亮发光二极管。发光二极管的发光亮度强弱由流过它的电流决定，通常 2的正常工作电流为 810光二极管的压降为 以，选择发光二极管的正常工作电流为 10它的限流电阻可由以下公式计算： 2） V/1000，取限流电阻为 910。 蜂鸣器用来作为报警指示，选用直流型 号。蜂鸣器工作电压为 +12V，工作电流在 20上。单片机的驱动电流不够，不能直接驱动，必须外接功率驱动。因此，选用 012作为蜂鸣器的功率驱动，与基极相连的电阻取 2证三极管工作在饱和状态。 继电器输出控制电路 继电器是感性元件，驱动电流较大，单片机不能直接驱动，必须经过电路的转换。继电器选用 直流 +12极管选用常用的 013作为继电器的功率开关。为了起到隔离的作用，三 极管 9013的基极通过光电耦合器进行隔离和驱动。 如图 6所示，当 高电平时，光电耦合器不通，所以三极管 9013 也不通即继电器 电耦合器导通，所以三极管 9013也导通即继电器 无锡职业技术学院毕业设计说明书 15 第五章 软件设计 软件设计流程图 1、 概述 整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专 门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。 首先要根据系统的总体功能和键盘设置选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。 2、主程序方案 主程序调用了 4个子程序，分别是数码管显示程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度测试程序、中断控 制程序、单片机与 键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘的输入按键的识别及相关处理。 温度测试程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。 数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。 中断控制程序：实现循环显示功能。 串口通讯程序：实现 温度数据传送给 将各个功能程序以子程序的形式写好，当写主程序的时候，只需要调用子程序，然后在寄存器的分配上作一下调整，消除寄存器冲突和 I/序应该尽可能多的使用调用指令代替跳转指令。因为跳转指令 使得程序难以看懂各程序段之间的结构关系。而调用指令则不同，调用指令使得程序结构清晰，无论是修改还是维护都比较方便。将功能程序段写成子程序的形式，除了方便调用之外，还有一个好处那就是以后写程序的时候如果要用到，就可以直接调用这个单元功能模块。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 16 图 12 程序结构 图 主程序流程图如图 : 图 13 主程序流程图 无锡职业技术学院毕业设计说明书 17 3、各模块子程序的设计 下面对主要几个子程序的流程图做介绍： （ 1）温度测试子程序设计 见 附录一：温度测试子程序流程图 （ 2）中断控制程序设计 如下图： 中断入口到否定时器重新赋值装下一个温度显示存储单元地址返回中断入口到否定时器重新赋值装下一个温度显示存储单元地址返回图 14 中断控制程序 流程图 （ 3）串行程序设计 本次通讯中，测控系统分位上位机和下位机之间的通信，系统中单片机负责数据采集、处理和控制，上位机进行现场可视化检测，通信协议采用半双工异步串行通信方式，通过输数据采用二进制数据，上位机与下位机之间采用主从式通讯。本人采用的 境下 与单片机之间实现串行通讯的软硬件方案。 用程序开发工具，因其具有界面友好，编程简便等优点而受到广泛的使用，而且 本带有专门实现串行通讯的 过此控件， 单高效地实现设备之间的通讯。此控件的事件响应有两种处理方式。事件驱动方式：由 询方式：通过检查 无锡职业技术学院毕业设计说明书 18 1) a. 置或返回串行端口号，其取值范围为 1 99，缺省为 1 b. 置或返回串行端口的波特率、奇偶校验位、数据位数、停止位。 c. 开或关闭串行端口。 d. 属性为一阀值，它确定当接收缓冲区内字节个数达到或超过该值后就产生 件。 e. 接收缓冲区移走一串字符。 f. 发送缓冲区传送一字符串。 软件流程图如下： 开始自动接收数据子程序读 一个数据且存储回复 55 络信号 返回8 个 字节到否？个图 15 软件 流程图 单片机程序流程图： 参数设定：通信 端口选择 特率设定为 1200B/S 1200， n, 8, 1” 。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 19 60H 20H 00 ;1200B/S，晶振为 1200H 50H 始发联络信号 络信号 55 H ？图 16 单片机通讯程序 流程图 软件设计要求 （ 1）、整个程序延时地方较多， 因此设立了软件延时子程序和定时器中断两种延时方法 （ 2）、按钮检测中采用软件延时方法执行按键的去抖动 （ 3）、正常工作时：采用动态的显示方法显示当前温度，即高速循环点亮四位数码管中的每一位。 （ 4）、当转温度限时：秒循环显示。 1秒钟内，蜂鸣器报警 750报警 250据电路的实际连接情况，当蜂鸣器报警时的同时 无锡职业技术学院毕业设计说明书 20 软件清单： 温度传感器 汇编程序 _ ;端口介绍： 码管 ; 码管个位控制 码管十位控制 码管百位控制 ;采用 振 数据脚 ;为允许 ,1为禁止 ;位地址 381为检测到 ,0为检测不到 ;位地址 391为过低 ,0正常 ;位地址 31为过高 ,0正常 ;20;21;22;2;2;功能介绍：加减按键同时按下进入温度设定状态，然后按加或减按键进行温度设定，然后再次同时按加减键退出 ; 设定温度 ;* ;/单片机内存分配申明 !/ 9H;用于保存读出温度的低 8位 8H;用于保存读出温度的高 8位 (可位寻址 ) 8H;是否检测到 1H;进 入设定状态标志位 无锡职业技术学院毕业设计说明书 21 ;/入口 / 000H 入主程序 030H ;/主程序开始 / 27;设定高于 27度为温度过高 ;关闭等待指示灯 ;/ 对 温 度 过 高 预 定 值 取 出 百 位 （ 40H ）、 十 位 （ 42H ）、 个 位 （ 41H ）/ a,2存储的最高温度 27度 b,#10 ;取出十位和个位 ,#00110000B 1H,a ;十位 2H,b ;个位 ,42H ,#00110000B;转化成 2H,A a,2FH b,#100 ;取出百位 ,#00110000B 0H,a ;百位 ;/数读取/ 无锡职业技术学院毕业设计说明书 22 ;调用读温度子程序并初始化 ;调用显示当前温度 ;/温度比较 / ,29H;将现场实际温度传递给 A ,2较当前的温度与设定的温度是否相等 启电风扇 闭电风扇 ;/按键判断 / , ;读取当前按键的值 ,#0 ;屏蔽高位 ,#0CH,加减按键一起按就进入温度设定状态 ;消除键抖动 ,#0CH,加减按键一起按就进入温度设定状态 ;启动设定 ,#0EH,加处理 ;消除键抖动 ,#0EH,加处理 ;在加减键没有同时按下的时候，只按加按键时不执行任何功能，并跳到读取当前温度 ,2;先读取原先设定的温度值 ;原先设定的温度值加 1，当设定的温度值不能超过 125 ;将当前设定的温度值保存 ,#0DH,减处理 ;消除键抖动 ,#0DH,减处理 无锡职业技术学院毕业设计说明书 23 ;在加减键没有同时按下的时候，只按加按键时不执行任何功能，并跳到读取当前温度 ,2;先读取原先设定的温度值 ;原先设定的温度值减 1，当设定的温度值不能超过 ;保存当前设定的温度 ,#0减按键一起按就保存温度设定状态 并退出设定 ;消除键抖动 ,#0减按键一起按就保存温度设定状态 并退出设定 ;关闭设定 待退出设定状态 ;/ 取 出 温 度 整 数 部 分 的 百 位 / 十位 / 个位/ Q ,2示设定温度值 S DQ:a,29H;显示当前温度值 XS:b,#10 ;取出十位和个位 锡职业技术学院毕业设计说明书 24 ,A+0,A 启个位数码管显示 ,B ,A+0,A 启十位数码管显示 2.6 a,29H b,#100 ;取出百位 ,A+0,A 锡职业技术学院毕业设计说明书 25 ;100毫秒延时子程序，占用 4,#100 5,#248 5,$ 4,#06机发出延时 537微秒的复位低脉冲 1,#03H 0,0,#61,后拉高数据线 0,#25H 待 0, 延时 无锡职业技术学院毕业设计说明书 26 置标志位 ,表示 清标志位 ,表示 0,#060, 时序要求延时一段时间 (有具体的时序要求 )/ 2,#8;一共 8位数据 3,#5 3,$ 3,#21 3,$ 2,锡职业技术学院毕业设计说明书 27 ;先复位 B 判断 否存在 ?若 ,#0 跳过 ,#44H ; 发出温度转换命令 时 750微秒以上 ,等待 18;准备读温度前先复位 ,#0 跳过 ,#0 发出读温度命令 将读出的温度数据保存到 28H/29H ,从 ,#2 ; 将温度高位和低位从 读出 1,#29H ; 低位存入 29H(高位存入 28H(2,#8 无锡职业技术学院毕业设计说明书 28 3,#08 3,3,#21 3, 2, 1 4,06H,50,1,2,3 6H,67H ;4,5,6,7 7H,78,9,A,B 9H,59H,71H ;C,D,E,F 0H,00H,40H ;小数点 ,暗 ,负号 ;/7秒延时子程序 / 无锡职业技术学院毕业设计说明书 29 3,#120 3,#248 5,#
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