药品库温度监控器设计

1、辽宁工业单片机原理及接口技术课程设题目：药品库温度监控器设计院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：学 号090303109学生姓名专课程设计（论文）题目课程设计（论文）任务进度计划药品库温度监控器设计该控制器实时监控药品库的温度，温度检测点4 点，并控制加热设备，温度检测范围-10 60 ，精度0.5 。设计任务：1. CPU最小系统设计（包括CPU 选择，晶振电路，复位电2. 温度传感器选择及模数转换电路设计3. 开关量输出电路以及电源电路设计4 程序流程图设计及程序清单清编写技术参数：1温度监测点4 个，温度检测范围-10 60 ，精度2工作电源22

2、0V设计要求：1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，模拟量检测电路设2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。第 1天查阅收集资料第 2天总体设计方案的确定第3-4天CPU 最小系统设计第 5天温度传感器选择及模数转换电路设计第 6 天开关量输出电路设计第 7天程序流程图设计第 8天软件编写与调试第 9天设计说明书完成第10天答辩摘 要本文针对药品库温度监控器的设计是以AT89C51单扩展数据存储器6116，最后将温度数据通过单片机LED警等。相关设备实现通过DB18B20

3、多路数据采集和监测的原拟量直接转换为数字量传送给单片机进行分析处理。该设计设有温4 个，并配有4 个晶闸管输出控制点，从而可控制加热设备，为 -10 60，精度 0.5 。本次设计意义在于能更好的保存提高人民的生活质量。关键词： AT89C51 ； DB18B20 ；药品库监控器目 录第 1 章绪论 .1.1药品库温度监控器设计概况.1.2本文研究内容 .第 2 章 CPU 最小系统设计.2.1药品库温度监控器总体设计方案.2.2CPU的选择 .2.3数据存储器扩展 .2.4复位电路设计 .2.5时钟电路设计 .2.6CPU最小系统图 . .第 3 章 药品库温度监控器输入输出接口电路设计.3

4、.1LDS 8B20 数字温度传感器的选择.3.2晶闸管输出接口控制电路设计.3.3人机对话接口电路设计.第 4 章药品库温度监控器软件设计.4.1软件实现功能综述 .4.2流程图设计 .4.2.1 主程序流程图设计 .4.3程序清单 .第1章绪论1.1 药品库温度监控器设计概况按照省局规定，药品储存阴凉库、冷库应配有自动监测、显示状况及自动报警的设备，要求自动记录间隔应在半小时以内，同时的温湿度探头能真实反映该仓库的温度分布情况。而我国在“开办验收实施标准 ( 试行 ) ”里的规定 - 企业有适宜药品分类保管和的常温库、阴凉库、冷库。其中常温库温度为 0 30，阴库温度为 2 10；这就需要

5、企业要有相关的在线监测控制系统储存规定的温湿度要求。药品库温度监控器的使用便于企业质量管理负责人随时检查药度情况，及时发现问题并自动采取升降温等措施。 本文设计为控制器的智能测控系统 ,通过该系统可以对环境温度进行观测制和适时监测 ,并利用声音和灯光进行越限报警及相应的处理。建立国家的节约型战略计划具有积极意义， 有效的降低了储存同时还保证了药品的安全，提高了人民群众的生活质量。1.2 本文研究内容系统以AT89C52单片机为主控器，通过扩展A/D 模数转最后将温度数据通过单片机LED进行显示以及系统报警等。相第 2章CPU 最小系统设计2.1 药品库温度监控器总体设计方案设计时，考虑温度是由

6、传感器把非电量转换为电量，传感器输电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接人路，电源电路、晶振电路、复位电路、接口电路。单片机应用系统软件组成。硬件包括单片机、输入 / 输出设备、以及外围应用软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体计、软件设计等几个阶段。设计的药品库温度监控器应具有如下特点：（ 1）数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有制电路，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成存储、计算、分析等过程。（ 2）系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。（ 3）从便携式的角度出发，系统

7、成功使用了LED数码管带。（ 4）软件设计简单易懂，可读性强。其系统组成框图如图2.1所示。声光报警电2.2 CPU 的选择单片机自从问世以来，它一直是工业检测、控制应用的主角。单片机有Intel公司的 MCS-51系列，日本松下公司的MN68由于单片机应用系统具有体积小，可靠性高，功能强，价格低等特成产品而更受青睐。89C51 单片机为EPROM型，在实际电路中可以直接互换单片机，不但和8051 单片机指令，管脚完全兼容，而且其片内是 FLASH工艺的，它是一种低功耗高性能的具有 8K 字节可电序 ROM的八位 CMOS单片机，从使用方便与简化电路以及其性价89C51 比较合适的。 89C5

8、1 管脚图如图2.2 所示。下面介绍能如下：40条引脚的功能：1电源引脚 VSS和 VCCVSS（ 20脚）：接地；VCC（ 40脚）：正常操作及对EPROM编程和验证时接2外接晶体引脚XTAL1和 XTAL2XTAL1（ 19 脚）：接外部晶体的一端。在单片机内部，它是输入端，这个放大器构成了片内振荡器。XTAL2（ 18 脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接的输出端。3 控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD， ALE/PRO RST/VPD（ 9脚）：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机电平，将使单片机复位；VCC掉电期间，此引脚可接备用电源（或常数）期间，每一个机器周期两次有效

9、。每当访问外部数据存次有效的信号将不出现。同样可以驱动8个 LSTTL输入。EA/VPP（ 31脚）：当 EA端保持高电平时，访问内部程序存序计数器）值超过0FFFH（对于 8051/8751/80C51 ）或 1FFF动转向访问外部存储器。当EA端保持低电平时，不管是否有内访问外部程序存储器。在对8751片内 EPROM编程时，此引脚用源（ VPP）。.U1P1.0P0.02P1.1P0.13P1.2P0.24P1.3P0.35P1.4P0.46P1.5P0.57P1.6P0.68P1.7P0.713INT1P2.012INT0P2.115P2.2T1P2.314T0P2.431P2.5EA

10、/VPPP2.6P2.7XT AL1XT AL09RESETRXD17TXDRDALE16WRPSENAT 89C51.的 8位双向 I/O 口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址序验证时，它接收高8位地址。它能驱动4个 LSTTL输入。P3口（ P3.0 P3.7共 8条引脚，即 10 17脚）： P3口是的 8位双向 I/O 口。在 MCS-51 单片机中， 这 8个引脚都有各自作中，大多数情况下都使用 P3口的第二功能。2.3 数据存储器扩展在药品库监控器应用中仅靠这128 字节的数据存储器是况下可利用MCS-51 单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存列单片机最大可扩展64K 字节。

11、常用的数据存储器有静态数据数据存储器，由于在实际应用中，需要扩展的容量不大，所以一般如 SRAM 6116 6264 等。6116是2K*8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造额定功耗160mW，典型存取时间200ms，为24 线双列直插式址线有限，只能连接几个芯片。译码法是由译码器组成译码电路, 译码电路将地址空间划分别选通一片存储器芯片, 既充分利用存储空间, 又避免空码器有74LS138 和 74LS139. 本系统只需要拓展一片数据存储器可，扩展如图2.3 所示。2.4 复位电路设计单片机的复位状态：单片机运行出错或进入死循环时，单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作

12、后，的 RESET引脚上出现 24 个时钟振荡脉冲 （两个机器周期）就能实现复位。为了保证但单片机可靠复位，在设计复位电路时，引脚保持10ms 以上的高电平，单片机便可以可靠地复位。低电平以后，单片机从 0000H 地址开始执行程序。在复位有效引脚输出高电平。 8051 外进入复位状态后， 21 个特殊功能寄确定值，除 SP为 07H，P0 P3 为 FFH ，其余均为 0。简单和手动复位两种。为了保证复位电路可靠地工作，也可以采用专用片。 MAX813L是 MAXIN公司生产的一种体积小、功耗低、性价电源监控功能的复位芯片。本文采用按键式复位电路，电路图如图VCCR ESETSW-PBCR

13、12 2uF2002.5 时钟电路设计时钟电路是用来产生 AT89C51 单片机工作时所必须的时身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，钟信号的控制下严格的按时执行指令进行工作，时钟的频率影响单稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。于构成振荡器的高增益反向放大器， 该放大器的输入输出引脚他们跨接在晶体振荡器的用于微调的电容，便构成了一个自激励振电路中的 C1,C2 的选择在 30PF 左右，但电容太小会影响和快速性。 晶振频率为在 1.2MHZ12MHZ之间，频率越高单片对存储器要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的

14、振频率为 12MHZ.本次系统的时钟电路设计如图2.5 所示。C1C83 0p FYC2CC93 0p F图 2.5振荡电路2.6 CPU 最小系统图VCCRESETSW-PBCR12 2uF200C13 0p FR21 KC23 0p F.8P17P16P15P14P13P1.2P11P132P0C833P034P035Y?P036P0CRYSTAL37P038P0C939P031EA19XT9RS8 9C图 2.6最小系统图最小系统由时钟电路和振荡电路构成，2.4 与 2.5 分别第 3章 药品库温度监控器输入输出接口电3.1 DSl8B20 数字温度传感器的选择目前，在工业控制的很多领域

15、，温度监控普遍是利用热敏电阻路，经过A D 与 D A 转换后实现测温，但是由于热敏电阻的温易受外界干扰、且精度不高。DSl8B20 数字温度传感器是一 Wire ，即单总线器件，具有线路简单、体积小的特点。因此用系统，具有线路简单，在1 根通信线可以挂很多这样的数字温便。1） DSl8B20 性能特点1 1 DSl8820特性及引脚分布DSl8820 测温范围在一55 +125；转换精度9 12转换的位数；测温分辨率为9 位精度为0 5， 12 位精度时间： 9 位精度为93 75 ms 、 10 位精度为187 5 ms 、 1部有温度上、下限告警设置。DSl8820采用TO 一92封装模

16、12 DSl8B20的内部结构主要包括温度传感器、64 位放中间数据的高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触制逻辑、 8 位循环冗余校验码发生器等。2）单总线技术特性单总线即只有1 根数据线，系统的数据交换、控制都由这从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不程和进行数据通信；(2) 提供 DSl8B20 的使用外围电路、温度显示LED电路的通信接口电路；(3) 利用发光二极管指示系统的工作状态，DSl8B20 温限；(4)编写 C51 程序，完成单片机对温度数据的采集过程以及输过程的控制。其引脚如图3.1 所示。DC7CN1VPG122VCCCOD/CINVG1 8B

17、20引脚图图 3.1 DSl8B203.2 晶闸管输出接口控制电路设计该控制器实时监控药品库的温度，温度检测点4 点，控制点，可控制加热设备，温度检测范围-10 60，精度求本次设计通过P2 口的四个口（P2.2P2.5 ）输出高低电平器加热与否，已达到控制药品库温度的目的，图3.4 为晶变了电容器 c2 的充放电速率， c1 两端交流电压经过加热电阻导通 , 因而改变了 BCR的导通角，是加热电阻两端电压随之变化制室内温度的目的。BCR可用 1A/400 的双向可控硅，如国产WS-0,5W-1-100 ， K-16-3 型有机实芯电位器。KS1-4型和T3.3 人机对话接口电路设计本设计中采

18、用 LED 共阴极 4 封装型显示器显示。 LED 统常用的输出器件。它是由若干个发光二极管组成，当发光二极管的一个点或一个笔画点亮。控制不同的组合的二极管导通就能显示在多位 LED显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，而各位的共阴极分别由相应成各位的分时选通。本设计采用一个 4 位 8 段 LED动态显示用一个 8 位 I/O 口，而位选线占用一个 4 位 I/O 口。由于位 I/O 口输出的段码对各个显示位来说都是相同的。因此，在同位的位选线都处于选通状态的话， 4 位 LED 将显示相同的字够同时显示出与本位相应的显示字符， 就必须采用动态显示

19、方只让一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状码线上输出相应位要显示的字符的段码。这样，在同一时刻，通的那一位显示出字符，而其他三位则是熄灭的。同样，在下一时位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选同位显示出相应的字符是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其第 4章药品库温度监控器软件设计4.1 软件实现功能综述该系统软件主要由主程序、中断子程序、显示子程序、晶闸管成 , 因为 C语言编写的软件易于实现模块化, 生成的机器代码移植好 , 所以本系统的软件采用

20、C语言编写。系统软件实现的1) 通过 LED 显示温度值 ;2) 比较监测到的温度值和报警设置值, 发现超限则蜂鸣3）系统定期把相关温度数据通过串行通信传给上位机3) 根据相应的湿度值控制湿度调节系统运行。4）显示子程序对每次由传感器所采集的数值经量化处理后所行显示。5）报警子程序是当出现异常情况时输出报警信号。4.2 流程图设计根据软件所需要实现的功能，依据编程的习惯结构，可以得到设计图，其结构如图4.1 所示。开始采集温度数据分析N是否越界灯亮调控延时 1.4s返回图 4.1 主程序流程图BYTE TPL;/ 存放温度值的低void DelayXus(BYTE n);void DS18B2

21、0_Reset();void DS18B20_WriteByte(BYTE dat);BYTE DS18B20_ReadByte();void main()DS18B20_Reset();/ 设备复位DS18B20_WriteByte(0xCC);/跳过 ROM 命令DS18B20_WriteByte(0x44);/ 开始转换命令while (!DQ);/ 等待转换完成DS18B20_Reset();/ 设备复位DS18B20_WriteByte(0xCC);/跳过 ROM 命令DS18B20_WriteByte(0xBE);/读暂存存储器命令TPL = DS18B20_ReadByte();

22、/ 读温度低字节TPH = DS18B20_ReadByte();/读温度高字节while (1);/*/*复位DS18B20,并检测设备是否存在*/void DS18B20_Reset()CY=1;while (CY)DQ=0;/送出低电平复位信DelayX0us(48);/ 延时至少480usDQ=1;/释放数据线DelayX0us(6);/ 等待60usCY = DQ;/ 检测存在脉冲DelayX0us(42);/ 等待设备释放数据/*从 DS18B20 读 1 字节数据*/BYTE DS18B20_ReadByte()_nop_();if (DQ) dat |= 0x80;/ 读取数据

23、DelayX0us(6);/ 等待时间片结束return dat;/*向 DS18B20 写 1 字节数据*/void DS18B20_WriteByte(BYTE dat)char i;for (i=0; i<8; i+)/8位计数器DQ=0;/开始时间片_nop_();/ 延时等待_nop_();dat >>= 1;/ 送出数据DQ = CY;DelayX0us(6);/ 等待时间片结束DQ=1;/ 恢复数据线第 5章系统设计与分析5.1 系统原理图VCCRESETSW-PBCR12 2uF200 C13 0pFR21KC23 0pF+5VK2 20K.VCC4 02 0

24、A8VSS82 1A9P1.7P2.0(A8)72 2A10P1.6P2.1(A9)62 3A4P1.5P2.2(A10)52 4A5P1.4P2.3(A11)42 5A6P1.3P2.4(A12).32 6A7P1.2P2.5(A13)22 7P1.1P2.6(A14)12 8P1.0P2.7(A15)C8D73 2. 1 02 20P0.7(AD7)RXD/P3.0D63 31 1P0.6(AD6)TXD/P3.1Y?D53 4P0.5 .(AD5)INTR0/P3.21 2D43 5P0.4(AD4)INTR1/P3.31 3CRYSTALD33 61 4P0.3(AD3)T0/P3.4D23 71 6A2P0.2(AD2)WR/P3.6C9D13 81 5P0.1(AD1)T1/P3.5D03 91 7A1P0.0(AD0)RD/P3.7.3 12 9EAPSENC81 93 0A0XTAL1ALE91 8C9RSTXTAL2.8 9C51.U?RD0 7a.D1 6RbD2 4RcD3 2dRD4 1ReD5 9R. fD61 0RD7