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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流温度监控装置的设计.精品文档.前言本次课程设计做的是简易温度监控装置，本文主要是对温度传感器DS18B20与单片机AT89S52接口电路的设计及软件设计的介绍。DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它的体积更小、适用电压更宽、更经济，DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，一线总线独特而且经济的特点，使我们可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念，它的测量温度范围为55125，在1085范围内，精度为0.5，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，适合于恶劣环境
2、的现场温度测量。 此温度监控装置可广泛应用于实际生活中，例如大棚蔬菜种植时的温度监控，植物培养皿的温度监控等，为日常的生产生活提供了便利条件。但由于此装置的报警以及冷风机驱动电路都是由发光二极管模拟完成的，因此此装置只是一个模拟实现功能的装置，还有许多不足之处。目录前言一 、方案选择-3二 、DS18B20功能介绍-42、1 DS18B20特性、引脚分布及内部结构-42、2 DS18B20的测温原理-62、3 DS18B20的存储器及测得温度值-82、4 DS18B20的单总线技术特性和工作时序-10三、硬件电路设计-133、1 温度传感器-133、2 AT89S52单片机-133、3 显示电
3、路-14四、软件设计-144、1 DS18B20的初始化流程图-154、2 读DS18B20与写DS18B20的程序流程图-164、3程序代码-17五、总结-22六.元器件清单-22七温度监控装置原理图-23八. 直流激励时霍尔式传感器位移特性实验报告-24一、方案选择 方案一：采用热电偶温差电路测温，通过A/D转换，再采用51单片机进行控制，最后送数码管显示，利用发光二极管模拟报警与降温电路。温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电偶由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度
4、。数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机，在将随被测温度变化的电流或电压采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小，容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且设计中还需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二：采用采用AT89S52单片机和DS18B20温度传感器通信，控制温度的采集过程和进行数据通信；编写C51程序，完成单片机对温度数据的采集过程以及与DS18B20数据传输过程的控制，用数码管输出显示温度，利用发光二极管模拟报警与降温电路。 采用
5、数字温度芯片DS18B20测量温度，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，此元件线性较好。在0100时，最大线性偏差小于1.DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由DS18B20与AT89S51构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，采用51单片机编程控制，可以在控制与报警上更大的自由度。硬件电路也相对较热电偶测温电路简单，省去了A/D转换这一部分。二、DS18B20功能介绍2.1 DS18B20特性、引脚分布及内部结构DS1
6、8B20是一种数字式的温度传感器，在其内部使用了在板（On-Board）专利技术。使其具有以下特性： 单线接口，只需一根口线与CPU连接。不需要外部元件，不需要备份电源，可用数据支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上。温度测量范围从-50125.通过编程可实现1/21/16的4级精度转换。在93.75ms和750ms内将温度转换9位和12位的数字量。用户可以自设定非易失性的报警上下限值。报警搜索命令可以识别那片DS18B20温度超限。芯片本身带有命令集和存储器。 DS18B20转换精度912位进制数，可编程确定转换的位数；测温分辨率为9位精度为0.5，12位精度为0.062
7、 5；转换时间：9位精度为93.75 ms、10位精度为187.5 ms、12位精度为750 ms；内部有温度上、下限告警设置。DS18B20采用TO-92封装模式，其引脚功能描述见图1。序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入输出引脚，开漏单总线接口引脚3VDD可选择的VDD引脚。工作于寄生电源时，必须接地 （图1， DS18B20引脚详细功能介绍）DS18B20的内部结构 DS18B20的内部结构如图2所示，他主要包括温度传感器、64位激光ROM单线单口、存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、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等。 16位rom和一线
8、端口温度传感器存储和控制逻辑8位CRC生成器INTERNAL VDD供电方式选择(图2， DS18B20内部结构) ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以被看做是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不同。64位ROM的排序是：前8位是产品家族码，接着48位是DS18B20的序列号，最后8位是前面56位循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）.ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现在一根总线上挂接多个DS18B20的目的。2.2 DS18B20的测温原理 DS18B20的测温原理如图3所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影
9、响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法器计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数。 减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法技术，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生
10、的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器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图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理预置斜率累加器比较计数器1预置低温度系数振荡器T1=0T温度寄存器加1计数器2高温度吓唬振荡器 T2=0 停止（图3，DS18B20的测温原理图）2.3 DS18B20的存储器及测得温度值DS18B20内部存储器包括：9个连续字节的高速暂存RAM；存放高温和低温触发器TH,TL；结构寄存器的非易失性电擦除R
11、AM，其中，RAM由温度的低位字节，温度的高位字节，TH使用字节，TL使用字节，结构寄存器使用字节，保留字节，CRC校验字节组成。温度的低位字节和温度高位字节数据格式为：温度低位字节（LSB）D3D2D1D0C3C2C1C0温度高位字节（MSB）SSSSSD2D1D0当S=0时，T=0T=64D6+32D5+16D4+8D3+4D2+2D1+D0+1/2C3+1/4C2+1/8C1+1/16C0当S=1时，T0,值为补码。例如：+125的数字输出为07D0H,+25.0625的数字输出为0191H，-25.062525.0625的数字输出为FF6FH,-55的数字输出为FC90H。结构寄存器内
12、容用于确定温度值的数字转换分辨率。结构寄存器的数据的数据格式和该字节各位的定义如下：TMR1R011111TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动；低5位一直都是1，R1和R0用来设置分辨率，如下表所列:R1R0分辨率/位最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750高低温报警触发器TH和TL，配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成。使用一个存储器功能命令可对TH,TL或结构寄存器写入。高速暂存器是一个9字节的存储器开始两字节包含被测温度的数字量信息；第3，4，5字节分别是TH,T
13、L，配置存储器的临时副本，每一次上电复位时被刷新；第6，7，8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。2.4 DS18B20的单总线技术特性和工作时序（1）总线技术特性单总线即只有1根数据线，系统的数据交换、控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其他设备使用总线。所有的单总线器件都要遵循严格的通信协议，以保证数据的完整性，基本的通信过程如下：主机通过拉低单总线至少。480s产生Tx复位脉冲；然后由主机释放总线，并进入Rx接收模式。主机释放总线时，会产生一由低电平跳变为高电
14、平的上升沿；单总线器件检测到该上升沿后，延时1560s；单总线器件通过拉低总线60240 s产生应答脉冲；主机接收到从机的应答脉冲后，说明有单总线器件在线，然后主机就可以开始对从机进行ROM命令和功能命令操作。（2）工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序，写时序和时序，如图数值输出的单线温度传感器直接以传感器直接以串行方式输出测得的温度数值，并且用该线获取机的命令，其时序非常重要，它包括复位，写时间片和读时间片。初始化：主机将写数据线拉低480960us后释放，DS18B20等待1560us后，即可输出一低电平持续60
15、240us，主机收到应答后即可对其进行其他操作，如图（4、a）所示。写时间片:当主机将数据线从高拉低时，形成写时间片，有写0和写1两种。时间片开始时DS18B20在1560us期间进行采样。每个时间片必须有最小1us的恢复期（拉高），如图（4、b）所示。读时间片：当主机从DS18B20读数据时，产生读时间片。当主机将数据线从高位到低时，读时间片被初始化，并且此后的15us之内，DS18B20将有效数据输出至口线，主机必须在此时刻范围内进行采样。每个读时间片最小周期为60us，且必须有最小1us的恢复期（拉高），如图（4、c）所示。主机发复位脉冲主机接收存在信号至少480us480TX960us
16、 1560us DS18B20发生在脉冲 VCC 等待 60us240usGND(4、a,初始化序列)60TX”0”1usI-WIREGND DS18B20采样 1us DS18B20采样 MIN TYP MAX MIN TYP MAX15us15us30us15us15us30us(4、b,写时序) 主机读0时间片 1us 主机读“：”时间片VCCI-WIREGND 总线采样 1us 总线采样15us 15us 30us 15us(4、c,读时序)DS18B20的功能命令如下表所列功能描述 代码启动温度转换 44H读取温度寄存器（共可读9个寄存器） BEH读DS18B20的序列号 33H将数
17、据写入暂存器的第，3字节中 4EH匹配ROM 55H搜索ROM F0H报警搜索 ECH跳过读序列号的操作 CCH读电源供电方式，0为寄生电源，1为外部电源 B4H三、硬件电路设计如见附录图所示，本次毕业设计采用DS18B20做温度传感器，其采用外接电源方式，VDD端即3脚用4.5V电源供电，DQ端即2脚接单片机P3.7脚，为温度数据输入端。单片机AT89S52的P0口接1K上拉电阻驱动四位一体共阴LED数码管，其中P0.0P0.7做段选，接数码管的ah引脚；P2.6P2.3做位选，接数码管S4S1引脚。P2.1脚接模拟冷风驱动的发光二极管，P2.0脚接模拟报警的发光二极管。3.1 温度传感器
18、DS18B20是新型的智能型温度传感器，在其内部可自行完成A/D转换等程序。它具有独特的一线接口特性，只需要一条口线通信，无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 C至+125 ，范围内精度为0.5 C。具体用法如上DS18B20的介绍。3.2 AT89S52单片机AT89S52单片机是在一块超大规模集成电路芯片上，集成了包括有CPU、RAM、ROM、定时器和多种I/O接口电路，是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器，256 字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针
19、，三个16 位定时器/计数器，一个6 向量2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。部分引脚介绍：XTAL1: 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端。VCC - 芯片电源，接+5V；VSS - 接地端；RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。3.3 显示电路本次毕业设计的显示电路采用的是四位一体数码管。首先数码管有共阴极和共阳极之分，区别他们的方法是若公共端接地，其他端
20、接电源，若各段测试能亮，说明是共阴的，反之共阳的；若公共端接电源，其他端分别接的，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的。本次设计使用的是共阴数码管。4位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP为段引脚，1、2、3、4分别表示四个数码管的位（如下图所示）。 。 。 。 。 。 1 a f 2 3 b 。 。 。 。 。 。 e d dp c g 4本次设计P0口连接的是数码管的段，P2.6P2.3连接的是数码管的位。四、软件设计4.1 DS18B20的初始化流程图 开始AT89S52初始化开始温度比较温度显示温度数据处理读取温度
21、温度转换命令DS18B20存在？ N Y在温度设定区间内报警 在温度设定区间外4.2 读DS18B20与写DS18B20的程序流程图开始开始设循环次数为8设循环次数为8总线置0并延时总线置0并延时读一位数据读一位数据延时延时总线置1并延时总线置1并延时8位读完？8位读完？返回返回（读DS18B20流程图） （写DS18B20流程图）4.3 源程序代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P37;/ds18b20与单片机连接口sbit P21=P21;/p21口接发光二极管实现模拟驱动降温sbit
22、P20=P20;/p20口接发光二极管实现模拟报警sbit P23=P23;sbit P24=P24;sbit P25=P25;sbit P26=P26;uchar data disdata4=0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char shuma10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uint tvalue;/温度值uchar tflag;/温度正负标志/*ds1820程序*/ void delay_18B20(unsigned int i)/延时1微秒 while(i-);void delay(int
23、 x) unsigned int c,d; for(c=0;cx;c+) for(d=0;d0;i-) DQ = 0; /给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; /给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat); void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/ unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata=1; read_temp()/*读取温度值并转换*/ uchar a,b
24、; ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ ds1820wr(0x44);/*启动温度转换*/ ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ ds1820wr(0xbe);/*读取温度*/ a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); tvalue=b; tvalue=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue20) P21=1;/20为驱动冷风机降温上限值 else P21=0; if(temperature40) P20=1; /40为报警温度值 else P20=0;/*主程序*/ void
25、main() /初始化显示 P21=0; P20=0; tvalue=0; while(1)read_temp();/读取温度 ds1820disp();/显示五、总结 单片机在现实生活中已经越来越普遍，更多的东西也越来越偏向于智能化。本次毕业设计所做的实物是利用单片机完成温度监控装置的一个模拟，主要是报警与冷风机的驱动电路的模拟。此装置的优点主要体现在其结构简单，直接用单片机控制其输出与报警控制，易于实现，灵活性较大，可根据需要更改报警控制温度值。 在本次毕业设计中也遇到了很多问题，例如：DS18B20的用法，四位一体数码管的用法等，通过在图书馆，利用网络查阅资料以及老师的指导，帮助我解决了
26、这些问题，也使我更加的了解一个电子实物从定方案到设计再到制作实物以及最后实现功能的整个过程。相信这会是我的一次宝贵经验，并且一定会在我以后的工作中起到极大的作用。六、元器件清单元器件规格数量(个)电阻R11、R1210K2电阻R9、R10102排阻R1R81K1电容C2、C322pf2电解电容C122uf1晶振Y112M1开关发光二极管D1、D2RED2单片机AT89S521温度传感器DS18B201四位共阴数码管1导线若干七温度监控装置原理图八.直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一. 实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用二. 基本原理：根据霍尔传感效应，霍尔电势UA-KMIB，当霍尔元件处在
27、梯度磁场中运动时，它的电势会发生改变，利用这一性质可以进行位移测量。三. 需用器件单元主机箱：1 滑动变阻器RW1 10K,RW2 50K,RW3 10.2 电阻R1470/2W R2.R3.R4.R610KR551KR72K3 电解电容：C1.100vf C2.0.1vf C3.100vf C4.0.1vf4 二极管：D1 IN4007 D2 IN40075 稳压二极管：DW1 3.3V DW2 3.3V6 15V电源，4V电源7 霍尔传感器/放大器8 导线若干条9 支架10 实验插板四：实验步骤步骤一：1.元器件的插接练习；（电路图的描绘，元器件的清单，串并连接）； 2.各器件的布局，布线
28、，搭支架；调试步骤（直流激励的霍尔传感器）；步骤二：电路图的布局10 12 4 3+ -+R=470+4VDW=3.3V-4VRW=50KR2=1K霍尔传感器R3=10KR4=10KR5=51KRW=50KK+15V-15VR6=10KR7=2KV0100F/25v IN4007100F/25v0.01F0.01FIN4007霍尔传感器位移实验图电路图分析：1 稳压管的做作用：（1）稳定电压为4V（2）保护电路，即使正负接反也不会烧掉霍尔传感器。2 IN4007的作用也是保护电路， 15V接反也不会破坏器件。3 C1.C3储能作用，C2.C4滤波作用。步骤三：调试步骤1. 霍尔传感器和侧微头的
29、安装，按图接线，将主机箱的电压表量程开关打到4V档。2. 检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。3. 以某个方向调节测微头2mm位移，记录电压表读书作为实验起始点；再反向调节测微头每增加0.5mm记下一个读数，将读数填入表中。4. 做完之后，关掉电源，拨完导线，整理好装入实验箱拔掉实验元器件，将所有元器件插到实验板上。将实验箱交给老师，收拾好试验台，实验完毕。5. 作出V-X曲线。五、实验注意事项1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成15V，否则将可能烧毁霍尔元件。六实验结果X(mm)13.51312.51211.51110.5109.5V(mv)0.250.290.320.340.360.380.400.420.44作V-X曲线