八路自动巡回监测系统设计

1、天津工业大学课程设计技术报告题目：八路自动巡回监测系统设计学院：机械工程学院专业：测控082学生姓名：指导教师：摘要在实际生产和生活等各个领域中，温度是环境因素不可或缺的一部分， 对温 度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。随着国民经济的发展，人们需要 对各中加热炉，热处理炉，生化温室中温度进行监测。采用单片机来对他们控 制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度 的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本文介绍了基于单片机AT89C51的温度监测系统的设计方案和软硬件实现。 采用电阻式温度传感器PT100采集温度数据，模数转换器 AD0809对采集的温 度

2、进行转换，液晶显示屏1602显示温度数据，通过按键进行循环显示和单通道 显示温度的设置。给出了系统总体框架、程序流程图和Proteus仿真结果，并在硬件平台上实现了所设计的各种功能。关键词：单片机AT89C51，温度传感器PT100,模数转换器AD0809，液 晶显示器1602AbstractTemperature is an essential of environmental factors in our actual product ion, liv ing and many other fields. It s particularly importa nt to con trol a

3、nddetect the temperature promptly and exactly. With the developme nt of the n ati onal economy, people n eed to all in the furn ace, heat treatme nt furn ace, chemical and biological monitoring of the temperature of the greenhouse and control. Single-chip computer to control not only has control of

4、their convenience, simplicity and flexibility adva ntages, but also substa ntial in crease in temperature was charged with technical indicators, which can greatly improve the quality and quantity of products.This article describes the AT89C51 microcontroller based temperature mon itori ng system des

5、ig n and software and hardware. PT100 temperature sen sor using temperature data collected, the temperature of the collected AD0809 ADC conversion, LCD display temperature data in 1602,through buttons to set the different channelsdisplay of the temperature, Overall frameworkof the system is given, t

6、he program flow chart and the Proteus simulation results and hardware platform desig ned to achieve the various functions.Key words: SCM AT89C51, temperature sen sorPT100, An alog AD0809, LCD 1602目录摘要J.AbstractH.目录HL.第一章引言 2.1.1 系统背景和意义 2.1.2 系统实际表述 2.1.2.1 温度采集系统的表述 3.1.2.2 温度显示系统的表述 4.第二章系统硬件设计 5.

7、2.1 温度数据采集模块 4.2.1.1 温度传感器 PT1008.转换器 AD080992.1.3 信号调理电路 8.2.2 单片机控制模块 错. 误！未定义书签。2.2.1AT89C51 主要特性 5.2.2.2 管脚说明 6.2.2.3 单片机最小系统 8.2.3 显示模块及接口 1.32.3.1 1602LCD 主要技术参数： 1.32.3.2 引脚功能说明 1.42.3.3 1602LCD 的指令说明及时序 1. 5234 1602LCD的一般初始化（复位）过程 182.4 电源模块 1.9第三章系统软件设计 1.9.3.1 主程序 2.0.3.2 LCD 显示程序 错. 误！未定义

8、书签。3.3 温度采集程序 2.03.4循环显示，单通道程序23总结 2.4.第一章引言1.1 系统的背景和意义在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量、生产 效率、节约能源等重大技术经济指标相联系。温度检测类仪表作为温度计量工 具，也因此得到广泛使用。随着生产力的发展，生产规模的扩大和对生产管理 的自动化水平的要求越来越高，在很多场合，诸如啤酒、饮料、食品、白酒发 酵生产线，中频热处理行业的水路温度保护，变电所各电节点的温度检测，农 业大棚、鸡舍等，要求温度巡检仪能自动巡检，以达到无人看守，温度自动巡 检的目的。实时采集其信息，及时发现潜在故障，并采取相应的处理措施，对确保

9、其 良好运行状态具有重要意义。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格 比高等显著优点，将其用于温度检测和控制系统中可大大地提高控制质量和自 动化水平，具有良好的经济效益和推广价值。利用单片机对温度进行测控的技 术，日益得到广泛使用。随着“信息时代”的到来， 作为获取信息的手段传感器技术得到了显 著的进步，其使用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传 感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解 并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们 可以利用计算机实现自动测量、信息

10、处理和自动控制，但是它们都不同程度地 存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好 坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性 能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显 示和控制的要求，而且只有通过对传感器使用实例的原理和智能传感器实例的 分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来， 适应传感器的生产、 研制、开发和使用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个使用领域，每个 领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合使用的传感 器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重

11、 要的一类传感器。其发展速度之快，以及其使用之广，并且还有很大潜力。某些使用场合需要监测温度，要求温度应该保持在一定范围内。例如农作 物温床育苗在20C30C,家禽孵化在37C40C等。也为本设计奠定是理论依 据！为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其 用法和用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机 结合传感器技术而开发设计了这一温度监测系统 。1.2 系统实际表述基于单片机因具有集成度高、体积小、速度快、价格低等特点而在许多领 域,如过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技 术等方面得到广泛使用,从而使这些领域的技术水平、

12、自动化程度大大提高。 正因为如此,国内外多家电子生产厂商把目光投向了单片机的生产当中,单片 微机经历了 4位、低档8位、高档8位、16位，现正在向32位和双CPU方向 发展。目前国内市场上有不少类型的 8位及 16位单片机, 由于各种原因,很多 的单片机都未能在国内形成主流系列。而国内目前仍然是以 Intel 的 MCS-48, MCS-51 为主流系列。 MCS-48 （8 位机）系列的型号有 8048, 8748, 8035, 8049, 8749等。MCS-51 （8位机）系列单片机的型号有 8031, 8051, 8751, 80C32等。 MCS-96系列单片机是16位机，有8094

13、, 8095, 8096, 8097等的型号，其性能有 一定的提高。其中最为著名的当数 INTEL 公司生产的 MCS-51 系列单片机。单 片机型号的选择是根据控制系统的目标、功能、可靠性、性价比、精度和速度 等来决定的。根据上述及本课题的实际情况，基于以上原因，本设计在众多的 单片机类型中选取 ATmel 公司的 AT89 系列单片机。1.2.1 温度采集系统的表述温度采集系统采用一般温度传感器采集温度信号， 需要设计信号调理电路、 A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送 到计算机去处理。 。采用温度芯片 PT100 电阻式温度传感器测量温度，方便软 件仿

14、真，可以直接用电位器代替，温度传感器PT100输出的是模拟信号在进入单片机进行之前需要进行模数转换，但为了增强系统的抗干扰能力，需要对采 集的数据进行滤波处理，因此，必须对每路信号进行多次采集。整个系统采用 AT89C51 单片机实施控制。122温度显示系统的表述数码管是一种半导体发光器件。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数 码管和共阴极数码管，其基本单元是发光二极管。例如：共阳极数码管在使用 时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时， 相应 字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。数码管要正常 显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出

15、我们要的数字， 因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。动态显示 驱动是利用人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码 管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示 数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，但动态显示能够 节省大量的I/O端口，而且功耗更低。LCD是一种显示器件，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压 对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出各种字符。能显示 多位字符。本设计至少需要显示7位，需要15个单片机口，采用动态显示需要占用大 量的单片机机时，可能导致其它信息的丢失和显示闪烁等问

16、题。为了避免上述 的问题可采用LCD显示，既节省了单片机口，又增加了显示位数， 还能避免因 位数的增加使显示闪烁的问题。鉴于实验要求，本系统的设计采用液晶显示,并采用显示芯片LCD1602显示芯片。第二章系统硬件设计系统主要包括单片机控制模块，温度采集模块，温度显示模块，等四大部 分。系统总体框架如图2-1所示，系统总电路图如附图所示。温度采集，信号调理温度显示模块单 片 机 系AD模数转换8 位内部 RAM8 32 可编程 I/O 线9两个 16 位定时器 /计数器10 5 个中断源11 可编程串行通道2.2.2 管脚说明P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每个引脚可吸收8

17、TTL门电 流。当P0 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序 数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时， P0 口作 为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P0 口兼作8位双向数据总线D7-D0，即由P0 口分时输出低8位地址或输入/输 出8位数据。在不作总线扩展使用时，P0可以作为普通I/O 口使用。当向外部 存储器读/写时，P0 口就做低8位地址和数据总线。这时 P0 口是一个真正的 双向口。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门

18、电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。和其它口不同的是，其它口都有第 二功能，而P1 口则只能用做I/O 口。此外，P1 口能驱动3个LS TTL门，并且 不需外加电阻就能直接驱动 MOS 电路。P2 口 ： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P

19、2 口当用外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进 行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优 势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的 内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当 P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为 输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流 （ILL ）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：口管脚备选功能P3.

20、0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （计数器0外部输入）P3.5 T1 （计数器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地 址的地位字节。 在 FLASH 编程期间， 此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉

21、冲信号， 此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用 作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存 储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行 MOVX ，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该 引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。第二功 能/PROG是对8751的EPROM编程时的编程脉冲输入端。/PSEN :外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间， 每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不

22、出现。/EA/VPP :当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 (0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源( VPP)。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 :来自反向振荡器的输出。2.2.3 单片机最小系统对 MCS-51 系列的单片机来说，最小系统一般应该包括:单片机、晶振电 路、复位电路等，最小系统是保证单片机正常运行所必须的外围电路设计,如果没有这部分电路，单片机则不能正常工作。晶振电

23、路为单片机提供最基本的基 准时序。时钟又是时序的基础，时钟可以由两种方式产生，即内部方式和外部 方式。本系统采用内部方式。 MCS-51 系列单片机允许的振荡频率可在1.224MHz之间选择，一般选为11.0592MHz。电容C1、C2的取值对振荡频率的 稳定性、大小及振荡电路的起振速度有一定的影响， 可在20 100pF之间选择， 电容的典型值 30pF。 MCS-51 系列单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两 种方式。通常因为系统运行的需要，常常需要人工复位，只需要将一个常开按 钮并联于上电复位电路。当晶体振荡频率为12MHz时，RC的典型值为C=10yF, R=8.2k Q。最小系统电

24、路如图2-2所示。13C230 pC13012 MHz1514+5V311918R18.2 kP1 0P0 0P11P0 1P1 2P0 2P1 3P0 3P1 4P0 4P1 5P0 5P1 6P0 6P1 7P0 7INT1P2 0INT0P2 1P2 2T1P2 3T0P2 4P2 5EA/VPP2 6P2 7X1X2RESETRXDTXDRDALE /PWRPSENAT89C51393837363534333221222324252627281011302912.2 k图2-2单片机最小系统信号调理电路在A/D转换器对模拟信号进行转换的过程中，需要一定时间的稳定时间t , 这就是说，为

25、了保证 A/D转换的精度，在转换时间t内模拟信号应保持在采样 时的幅度值不变。因此，在转换器的前端应加入采样 /保持电路。当然，如果输 入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢， S/H电路也可以省 去。由于初级的电路把温度由电流转化为电压。灵敏度是 10mV/K。但平常我们习 惯用的是是摄氏温度。所以需要用电路转化为摄氏温度。R4的作用就是调节放 大倍数，放大倍数是60左右，R5做调零使用。使灵敏度变为100mV/C。如图 2-5所示。图2-5 信号调理电路2.3显示模块及接口LCD显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制, 有电就有显示，这样即可以显示出图形

26、。具有厚度薄、适用于集成电路直接驱 动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛使用。所以本设计采用 LCD1602作为温度的显示模块使用。1602是2行X16个字符的字符型LCD显示器，它由32个字符点阵块组成， 每个字符点阵块由5X7或5X10个点阵组成，可以显示ASCII码表中的所有可 视的字符。它内置了字符产生器 ROM (Character Gen erator ROM,CGROM)、字 符产生器 RAM (CharacterGenerator RAM, CGRAM)和显示数据 RAM(Data Display RAM, DDRAM)。CGROM中内置了 192个常用字符的字模，CG

27、RAM 包含8个字节的RAM，可存放用户自定义的字符，DDRAM就是用来寄存显 示的字符代码。2.3.1 1602LCD 主要技术参数：显示容量：16X2个字符芯片工作电压：4.5 5.5Vco cm n工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V 字符尺寸:2.95 4.35(WXH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口，各引脚接 口说明如表2-4所示。表2-4 1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写

28、选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源正极LCD引脚功能介绍：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时 对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令 寄存器。第 5 脚： R/W 为读写信号线， 高电平时进行读操作， 低电平时进行写操作。 当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址， 当RS为低电平R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS为高电平R

29、/W为低电平时可以写入数据。第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行 命令。第714脚：DOD7为8位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。2.3.3 16O2LCD 的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令。1 602LCD 的指令说明1602液晶模块的读写操作、 屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明： 1 为高电平、 0为低电平）指令 1 ：清显示，指令码 01H, 光标复位到地址 00H 位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3：光标和显示模式设置 I/D ：光标移动方向，

30、高电平右移，低电平左 移 S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高电平表示有效，低电平则无效。 I/D=1 ： AC 自动加 1，光标右移一个字符； I/D=0： AC 自动减 1，光标左移一个字符。 S:显示屏上画面向左或向右全部平移一个字符位。S=1, I/D=1 :显示画面左移，S=1,I/D=0 :显示画面右移。指令4:显示开关控制。D :控制整体显示的开和关，高电平表示开显示， 低电平表示关显示 C:控制光标的开和关，高电平表示有光标，低电平表示无 光标 B :控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5:光标或显示移位 S/C:高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令

31、6:功能设置命令 DL :高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N : 低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7的点阵字符，高 电平时显示5x10的点阵字符。指令7:字符发生器RAM地址设置。指令8:DDRAM地址设置。指令9:读忙信号和光标地址 BF :为忙标志位，咼电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙指令10:写数据。指令11:读数据。基本操作时序表读写操作时序如图2-6和图2-7所示:RSR WDB0-D97图2-6 1602 的读操作时序图2-7 1602 的写操作时序234 1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H （

32、不检测忙信号）延时5mS写指令38H （不检测忙信号）延时5mS写指令38H （不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H :显示清屏写指令06H :显示光标移动设置写指令0CH :显示开及光标设置2.4电源电源模块的主要作用是为整个系统的正常运行提供动力。本系统使用的电压主要有12V, 5V。准备直接试验台的12V , 5V输出第三章系统软件设计主程序调用了 6 个子程序，分别是 LCD 显示程序、按键扫描及处理程序、 温度采集程序、单通道程序、循环显示程序，LCD 显示程序，用于温度等数据的实时显示；按键扫描及处

33、理程序，实现按键识别、按键输入及相关处理；温 度采集程序负责把AD0809所采集的现场温度读入到指定的数组中；3.1 主程序void main() SP=0x70;DelayMS(100);LCD_Init();Disbuf00=1;Disbuf10=2;Disbuf20=3;Disbuf30=4;Disbuf40=5;Disbuf50=6;Disbuf60=7;Disbuf70=8;START=0;AA=0;BB=0;CC=0;TMOD=0x26;TH0=255;TL0=255;TH1=216;TL1=216;IT0=1;IT1=1;OE=0;EX0=1;EX1=1;ET0=1;ET1=1;

34、EA=1;TR0=1;TR1=1;while(1)START=1;DelayMS(1);START=0;Display_String(Title_Text,0xc0);if(!flag)Disloop();elseDisone();3.2 LCD显示程序void Display()write_com(0x84);write_date(Disbufm-10);write_com(0x87);write_date(Disbufm-11);write_com(0x88);write_date(Disbufm-12);write_com(0x89);write_date(Disbufm-13);wri

35、te_com(0x8A);write_date(0xdf);write_com(0x8B);write_date(0x43);DelayMS(100);3.3 温度采集程序温度采集程序的主要作用是将现实中的温度信号采集并送到单片机进 行处理、显示 。void ADC0809()DelayMS(10);OE=1;P1=0xff;TEMP=P1;OE=0;TEMP=TEMP*100/255; d=TEMP%10+0;n=TEMP/10;c=n%10+0;b=n/10+0;Disbufflag11=b;Disbufflag12=c;Disbufflag13=d;flag1+;if(flag1=8) flag1=0;if(flag1=0) AA=0,BB=0,CC=0;if(flag1=1) AA=1,BB=0,CC=0;if(flag1=2) AA=0,BB=1,CC=0;if(flag1=3) AA=1,