环境温监测系统

1、课题三、环境温度监测系统一、设计要求环境温度监测系统广泛地用于住宅小区、楼宇建筑和设备内部等。其主要功能和指标如下：1、可以监测8点环境温度信号，可以扩充；2、测量范围为0.0099.9，可以扩充到55125，精度为±0.5；3、用4位数码管进行循环显示，其中最高位显示通道提示符AH，低3位显示实际温度值，每秒切换一个通道进行轮流显示；4、 可以随时查看指定通道的温度值（扩充功能）。二、设计指导1、方案选择该系统主要由温度检测和数据采集两部分组成。下面列举两种实现方案：方案一：温度检测可以使用低温热偶或铂电阻，数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机。考虑到一般的A/D输入通道都只能

2、接收大信号，所以还应设计相应的放大电路。此方案的软件简单，但硬件复杂，且检测点数追加时，成本会有较大增长幅度。方案二：使用单片机和单总线温度传感器构成。单总线温度传感器可以采用DALLAS公司生产的DS18B20系列，这类温度传感器直接输出数字信号，且多路温度传感器可以挂在1条总线上，共同占用单片机的1条I/O线即可实现接口。在提升单片机I/O线驱动能力的前提下，理论上可以任意扩充检测的温度点数。比较两个方案后可以发现，方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要A/D，但考虑到系统扩充等因素，单片机可以选用ADuc812，以便于在需要的时候扩充参数存储、 D/A输出、温度控制等功能。

3、2、 硬件设计采用方案二的硬件设计比较简单，系统构成如图1所示，原理图如图5所示。单片机的P0口用作4位数码管的段码线，P3.4P3.7用作4位数码管的位选线（ADuc812的P3有允许8mA的灌电流，可以不加驱动）。P2.4用作DS18B20的数据输入/输出线。图1 温度监测系统组成框图DS18B20的引脚定义和封装形式之一如图2所示。DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接电源。图2 DS18B20引脚与封装DS18B20的光刻ROM中存有64位序列号，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DS

4、18B20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拥有惟一的地址序列码，以确保在一根总线上挂接多个DS18B20。DS18B20内部集成了暂存寄存器（或称为暂存RAM）和EEPROM两类存储器。暂存RAM为9个字节，其地址分配及其相关说明如表1所示。单片机通过命令实现对DS18B20的控制，其支持的主要命令如表2所示。DS18B20的复位操作、读写操作都必须遵从严格的时序，其复位时序、读写时序分别如图3和图4所示。关于DS18B20的详细介绍和使用方法可以参考其数据手册。表1 DS18B20暂存RAM地址分配及

5、其说明寄存器名称地址说 明温度低字节0温度测量值的低8位，即b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0温度高字节1温度测量值的高3位及符号位，即S S S S S b10 b9 b8温度高限2温度报警上限，也可以用作自定义字节温度高限3温度报警下限，也可以用作自定义字节配置寄存器4格式为0 R1 R0 1 1 1 1 1，R1和R0为00、01、10、11对应的分辨率分别为9、10、11和12位（包括符号位）保留5未定义保留6未定义保留7未定义校验码8按X8X5X41对前8个字节进行CRC校验表2 DS18B20主要命令及其功能说明命令码功能说明命令码功能说明33H读ROM中的64位地址序

6、列码BEH读9字节暂存寄存器55H只有地址码匹配的DS18B2才能接受后续的命令4EH写入温度上/下限，紧随其后是2字节数据，对应上限和下限值F0H锁定总线上DS18B20的个数和识别其ROM中的64位地址序列码48H将9字节暂存寄存器的第3和4字节复制到EEPROM中ECH只有温度超过上限或下限的DS18B20才做出响应B8H将EEPROM的内容恢复到暂存寄存器的第3和4字节44H启动DS18B20进行温度转换，结果存入9字节的暂存寄存器B4H读供电模式，寄生供电时DS18B20发送0，外接电源时DS18B20发送1CCH忽略地址序列码，适合单片DS18B20图3 DS18B20复位时序图4

7、 DS18B20读/写读时序图5 系统原理图 3、 软件设计1、 软件模块的划分该系统的控制软件可以分为单片机初始化程序、定时中断服务程序和DS18B20接口程序等模块。单片机初始化程序由主函数实现，主要完成定时器T0、T1的初始化、中断系统的初始化等功能。定时器T0(p3.4)中断函数每隔5ms执行1次，动态显示1位数码管；定时器T1(p 3.5)中断函数每隔50ms中断1次，每中断20次（1秒）即读取1路DS18B20的温度代码，转换为温度值，再拆分成单个数码后送入显示缓冲区。DS18B20接口程序主要由复位函数、读位函数、读字节函数、写位函数、写字节函数、读温度函数等组成。2、 参考程序

8、#include <aduc812.h>#include <intrins.h>sbit led0=P34;/P3.4P3.7用作4位LED的位选线sbit led1=P35;sbit led2=P36;sbit led3=P37;sbit DQ = P24; /P2.4用作DS18B20的数据线DQ float data TMP2=0,0; /读取后的2个温度值,将其除以2即可得出实际温度;?unsigned char data f2=0,0; /结果是否为负温,"0"为正温,"1"为负温。unsigned char data

9、disp_buf4=0,0,0,0; /4位数码管对应的值放入该缓冲区unsigned char data dot_position=0;unsigned char data chno=0;/对应某路DS18B20/存各路DS18B20的地址序列号，为便于调试，只设计了2路，可以扩充到8路或更多unsigned char code SN28= 16, 62,148,60,0,0,0, 247,16,229,146,60,0,0,0, 87 ;/数字09和通道提示符AH的段码unsigned char code seg_table =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0

10、x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x6f,0x76;unsigned char code CH =10,11,12,13,14,15,16,17;/通道提示符的段码偏移量/将0.00999之间的浮点数转为单个数码，并送显示缓冲区和返回小数点的位置void ftochar(float valp)if(valp<10.0) dot_position=1;valp *=100.0;else if(valp>=10.0)&&(valp<100.0)dot_position=2;valp *=10.0;e

11、lse if(valp>=100.0)&&(valp<1000.0) dot_position=3;disp_buf1=(int)valp/100;disp_buf2=(int)valp%100)/10;disp_buf3=(int)valp%100)%10;/延时15微妙的函数void delay(unsigned char n)do_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/_nop_()的头文件为intrins.h_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_()

12、;_nop_();n-;while(n);/DS18B20复位函数，按复位时序进行设计void ow_reset(void)DQ = 0; / DQ置为低电平delay(36); / 保持480sDQ = 1; / DQ置为高电平delay(24); / 延时，等DS18B20输出低电平 /DS18B20读位函数，按读位时序进行设计unsigned char read_bit(void)unsigned char i;DQ = 0; / DQ置为低电平DQ = 1; / DQ置为高电平for (i=0; i<5; i+); / 延时 15s return(DQ); / 返回DQ 线的电平

13、状态/ DS18B20写位函数，按写位时序进行设计void write_bit(char bitval)DQ = 0; / DQ置为低电平if(bitval=1) DQ =1; / 如果写1则DQ置为高电平delay(6); / 延时以维持电平状态DQ = 1;/ DQ置为高电平/ 从DS18B20读取字节的函数unsigned char read_byte(void)unsigned char i;unsigned char value = 0;for (i=0;i<8;i+)if(read_bit() value|=0x01<<i; /调用读位函数，读出的8个位移位成1个

14、字节delay(11); /延时以读余下的位return(value);/写字节到DS18B20的函数void write_byte(char val)unsigned char i;unsigned char temp;for (i=0; i<8; i+) /每次写1位，1个字节分8次完成temp = val>>i; temp &= 0x01; write_bit(temp); /调用写位函数delay(10);/延时/ 从DS18B20读物温度代码void read_temp () unsigned char i,j; unsigned char a,b; int

15、 mr;for(j=0;j<2;j+) /为便于调试，仅以2路为例，改循环次数即可扩充到8路或更多， ow_reset(); /调用复位函数delay(20);write_byte (0x55); /发送ROM匹配命令 for(i=0;i<8;i+) write_byte(SNji); /发送64位序列号 write_byte (0xbe); /发送读取暂存寄存器的命令 a = read_byte(); /连续读取两位温度，余下数据没有读，实际使用时应读出所有数b = read_byte();/据，并进行校验，以提高可靠性mr=b*256+a;if(mr&0xf800)!=

16、0) mr=-mr+1;TMPj=mr*0.5; /定时器T0中断函数，每中断1次，显示1位数码管void Time_disp(void) interrupt 1static unsigned char dispno=0;/数码管位号TH0=0xee;/主频为11.0592，定时5ms的时间常数为EE00HTL0=0x00;P3|=0xf0;P0=seg_tabledisp_bufdispno;/查当前数码管的显示数字对应的段码if(dispno=dot_position) P0|=0x80;/当前位有小数点，则段码最高位置1switch(dispno)/根据当前显示的数码管，接通位选线cas

17、e 0 : led0=0;break;case 1 :led1=0;break;case 2 :led2=0;break;case 3 :led3=0; break;dispno+;if(dispno=4) dispno=0;/定时器T1中断服务函数，每50ms中断1次void Timer1(void) interrupt 3static unsigned int count;TH1=0x4c;/50ms对应的时间常数为4C00HTL1=0x00;count+;if(count>=20)/中断20次即为1秒count=0;ftochar(TMPchno);/当前通道对应的温度值转换为单个数码送显示缓冲区disp_buf0=CHchno;/当前通道的提示符的段码偏移量送显示缓冲区首地址chno+;if(chno=