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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 温度监控系统设计名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 引言： 温度是工业掌握中主要的被控参数之一,特殊是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中,具有举足重轻的作用；对于不同场所、不同 工艺、所需温度高低范畴不同、精度不同,就采纳的测温元件、测方法以及对温 度的掌握方法也将不同；产品工艺不同、掌握温度的精度不同、时效不同,就对 数据采集的精度和采纳的掌握算法也不同,因而,对温度的测控方法多种多样；随着电子技术和微型运算机的快速进展,微机测量和掌握技术也得到了快速的发展
2、和广泛的应用； 利用微机对温度进行测控的技术,也便随之而生, 并得到日益 进展和完善,越来越显示出其优越性；作为猎取信息的手段传感器技术得到了显著的进步,其应用领域较广 泛；传感器技术已成为衡量一个国家科学技术进展水平的重要标志之一；因此,明白并把握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是特别重要的；为了提高对传感器的熟悉和明白, 特殊是对温度传感器的深化讨论以及其用 本文利用单片机结合 法与用途, 基于有用、 广泛和典型的原就而设计了本系统；传感器技术而开发设计了这一温度监控系统；文中传感器理论单片机实际应用有机结合,具体地叙述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程,以及实现热电转换的
3、原理过程；本设计应用性比较强, 设计系统可以作为生物培育液温度监控系统,假如稍微改装可以做热水器温度调剂系统、试验室温度监控系统, 以及构成智能电饭煲等等；课题主要任务是完成环境温度检测,利用单片机实现温度调剂并通过运算 机实施温度监控；设计后的系统具有操作便利,掌握敏捷等优点；本设计系统包括温度采集模块, 单片机最小系统, 显示模块,按键掌握模块,报警模块和指示模块六个部分；文中对每个部分功能、实现过程作了具体介绍；整个系统的核心是进行温度监控,完成了课题全部要求；方案设计： 总体设计方案采纳AT89C52 单片机作掌握器, 温度传感器选用DS18B20 来设计数字温度计,系统由 6 个模块
4、组成：主掌握器、测温电路、显示电路、报警电路、掌握电路及指示电路；主掌握器由单片机 AT89C52 实现,测温电路由温度传感器 DS18B20 实现,显示电路由 4 位 LED 数码管直读显示 ,报警系统由蜂鸣器和发光二级管构成,掌握电路由按键构成, 指示电路由发光二极管组成； 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数便利, 测温范畴广,测温精确其输出温度采纳数字显示, 主要用于对测温比较精确的场所,或科研试验室使用, 并且加有报警装置, 超过温度可发出警示, 仍可以调整报警温度；该设计掌握器使用单片机AT89C52,测温传感器使用DS18B20,用 4 位共阳极 LED 数码管以
5、 I/O 传送数据 ,实现温度显示 ,能精确达到以上要求；试验目的和要求：名师归纳总结 1.学习 DS18B20 温度传感芯片的结构和工作原理；第 2 页,共 8 页2.把握 LED 数码管显示的原理及编程方法；3.把握矩阵式键盘的原理及使用方法；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4. 把握 51 系列单片机数据采集及处理的方法；试验原理： 用温度传感器芯片；温度传感器芯片能把温度信号转换成数字信号,直接发送给单片机,转换后通过显示电路既可以显示；基本芯片及其原理：单片机微型运算机简称单片机,是指在一块芯片体上集成了中心处理器 CPU、随机储备器 RA
6、M 、程序储备器 ROM 或 EPROM、定时器 / 计数器、中断掌握器以及串行和并行 I/O 接口等部件,构成一个完整的微型运算机；目前,新型单片机内仍有A/D 及 D/A 转换器、高速输入 / 输出部件、DMA 通道、浮点运算等特殊功能部件；由于它的结构和指令功能都是按工业控 制设计要求设计的, 特殊适用于工业掌握及其数据处理场合,因此,准确的称谓 是微掌握器,单片机只是习惯称呼；（1）单片机的特点 1 有优异的性能价值比；2 集成度高、 体积小、 有很高的牢靠性； 单片机把各个功能部件集成在一块 芯片上,内部采纳总线结构, 削减了各芯片之间的连线, 大大提高了单片机的可靠性与抗干扰才能；
7、另外,其体积小,对于强磁场环境易于实行措施,适合于恶 劣环境下工作；也易于产品化；3 掌握功能强； 为了满意工业掌握的要求, 一般单片机的指令系统中均有及 其丰富的转移指令、 I/O 口规律操作及位处理指令；一般来说,单片机的规律控 制功能及运行速度高于同意档次的微机；4 单片机的系统扩展和系统配置都比较典型、规模的应用系统；（2）单片机并行 I/O 接口的扩展规范,而且特别简洁构成各种单片机与外部交换信息是通过 I/O 接口电路来实现的； AT89C51 单片机本身有 4 个 8 位的并行 I/O 口 P0-P3,但实际使用时往往再增加些 I/O 口,以便与外部设备交换数据； AT89C51
8、 单片机外部 RAM 和扩展 I/O 接口是统一编址的；用户可以把外部 64KB RAM 空间的一部分作为扩展I/O 接口地址空间, 每一个 I/O接口相当于一个 RAM储备单元,拜访外部 RAM 储备单元就像拜访外部 I/O 接口,即用“MOVX ” 指令对扩展 I/O 接口进行输入输出操作；查询式键盘属于独立式键盘, 键盘的各个按键之间彼此是独立的且是最简洁 的键盘电路；每个键地接入一根数据输入线；如下列图；留意：由于每一个按键均需要一根 I/O 口线 ,当键盘按键数量比较多时,需要的I/O 口线也较多,因此独立式键盘只适合于按键较少的应用场合；一般情形下,按键数等于占用 端口数；I/O查
9、询式键盘的结构图如下列图：名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - VCCR1 R2S1SW-PB1 k1 kS2SW-PBP1.0 P1.1 图 查询式键盘的接口电路查询式键盘可以工作在多种方式下,送和中断查询方式；中断方式、 程序查询方式、 定时查询发在中断模式下,按键的数量受到外部中断源的限制；在有特殊需要的场合,仍可以借用内部的定时器中断； 所以在这种模式下, 按键的数目小于外部中断源 和单片机定时器数量之和；程序查询和定时查询类似, 都是通过读 I/O 状态,当有键被按下时相应的 I/O口线变为低电平,而未被按下的
10、键对应的I/O 口线保持为高电平, 这样通过读 I/O口状态可判定是否有键按下和哪一个键被按下；温度传感器及其原理：特殊的单线接口方式, DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯；测温范畴55+125,固有测温辨论率 0.5；工作电源 : 35V/DC ；DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和 TL 、配置寄存器；该装置信号线高的时候,内部电容器 储存能量通由 1 线通信线路 给片子供电,而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电；DS18B20 的电源也可以从
11、外部 3V-5 .5V 的电压得到；DS18B20 采纳一线通信接口； 由于一线通信接口, 必需在先完成 ROM 设定,否就记忆和掌握功能将无法使用；主要第一供应以下功能命令之一：1 ）读ROM, 2 ）ROM 匹配, 3 ）搜寻 ROM, 4 ）跳过 ROM, 5 ）报警检查；这些指令操作作用在没有一个器件的 64 位光刻 ROM 序列号,可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件, 同时,总线也可以知道总线上挂有有多少,什么样的设备；如指令胜利地使 DS18B20 完成温度测量,数据储备在 DS18B20的储备器；一个掌握功能指挥指示DS18B20 的演出测温；测量结果将被放置在DS18B20
12、 内存中,并可以让阅读发出记忆功能的指挥,阅读内容的片上储备器；温度报警触发器 TH 和 TL 都有一字节 EEPROM 的数据；假如 DS18B20 不使用报警检查指令, 这些寄存器可作为一般的用户记忆用途；在片上仍载有配置字节以抱负的解决温度数字转换；写 TH,TL 指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成；通过缓存器读寄存器；全部数据的读,写都是从最低位开头；引脚图：名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 温度的读取： DS18B20 在出厂时以配置为12 位,读取温度时共读取16 位,所以把后 11 位的 2 进
13、制转化为 10 进制后在乘以 0.0625 便为所测的温度,仍需要判定正负；前 5 个数字为符号位,当前 5 位为 1 时,读取的温度为负数；当前5 位为 0 时,读取的温度为正数； 16 位数字摆放是从低位到高位,温度的关系图下图所示；DS18B20 的初始化：（1） 先将数据线置高电平 “ 1”；（2） 延时（该时间要求的不是很严格,但是尽可能的短一点）（3） 数据线拉到低电平 “ 0”；（4） 延时 750 微秒（该时间的时间范畴可以从（5） 数据线拉到高电平 “ 1”；480 到 960 微秒）；（6） 延时等待（假如初始化胜利就在 15 到 60 毫秒时间之内产生一个由DS18B20
14、 所返回的低电平 “ 0”；据该状态可以来确定它的存在,但是应留意不能无限的进行等待,不然会使程序进入死循环,所以要进行超时掌握）；（7） 如 CPU 读到了数据线上的低电平“ 0”后,仍要做延时,其延时的时间名师归纳总结 从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480 微秒；第 5 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （8） 将数据线再次拉高到高电平“ 1”后终止；DS18B20 的写操作：（1） 数据线先置低电平 “ 0”；（2） 延时确定的时间为 15 微秒；（3） 按从低位到高位的次序发送字节（一次只发送一位）；（4） 延时
15、时间为 45 微秒；（5） 将数据线拉到高电平；（6） 重复上（ 1）到（ 6）的操作直到全部的字节全部发送完为止；（7） 最终将数据线拉高；DS18B20 的读操作：（1）将数据线拉高 “ 1”；（2）延时 2 微秒；（3）将数据线拉低 “ 0”；（4）延时 15 微秒；（5）将数据线拉高 “ 1”；（6）延时 15 微秒；（7）读数据线的状态得到（8）延时 30 微秒；DS18B20 内部结构图：1 个状态位,并进行数据处理；DS18B20 工作原理： DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820相同,只是得到的温度值的位数因辨论率不同而不同,且温度转换时的延时时间由 2s 减为7
16、50ms； DS18B20 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影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1；高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显转变,所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入；计数器 1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值；计数器 1 对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器 1 的预置值减到 0 时,温度寄存器的值将加 1,计数器 1 的预置将重新被装入,计数器 1 重 新开头对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数, 如此循环直到计数器2 计数到 0 时,停止温度寄存名师归纳总结 器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度
17、；图 3 中的斜率累加器用第 6 页,共 8 页于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1 的预置值；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3 DS18B20 温度值格式表这是 12 位转化后得到的 12 位数据,储备在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中,二进制中的前面 5 位是符号位, 假如测得的温度大于0, 这 5 位为 0,只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度；假如温度小于 0,这 5 位为 1,测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度； 例如 +125的数字输出为 07D0H,+25
18、.0625的数字输出为 0191H,-25.0625的数字输出为 FE6FH,-55的数字输出为 FC90H ；DS18B20 的外部电源供电方式：在外部电源供电方式下, DS18B20 工作电源由 VDD 引脚接入, 此时 I/O 线不需要强上拉, 不存在电源电流不足的问题,可以保证 转换精度,同时在总 线上理论可以挂接任意多个DS18B20 传感器,组成多点测总结温系统；电路图如下：通过做本课题, 使我明白传感器的基本理论学问,更深化的明白单片机的开发应用和 PC 编程掌握；为以后从事单片机软硬件产品的设计开发、PC 软件开发打下了良好的基础, 树立独立从事产品研发的信心； 同时也培育了我
19、仔细的做名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 事态度；从得到题目到查找资料, 从对题目的讨论设定到电路图的设计,电路图的设计到程序设计 在这一个布满挑战相伴挫折,布满热忱相伴打击的过程中, 我感受颇深,它是对我的钻研精神,创新精神,面对困难的心态,做事的毅力和耐 心的考查； 我在这个过程中深刻的感受到了做设计的意义所在,和我一样真正投 入了身心去做的人也肯定会有同样的感受；本课题的重点、难点是：初步接触温度传感器,要对传感器的原理、结构、应用等各方面从头开头琢 磨；讲究调整电路的实现过程以及怎么样通过单片机来间接的掌握；参考文献1 倪云峰 . 单片机原理及应用 M. 西安：西安电子科技高校出版社,2022. 名师归纳总结 2 刘娟. 单片机 C语言与 protues. 北京: 中国电力出版社, 2022.7 第 8 页,共 8 页3 张齐. 单片机原理与应用系统设计. 北京：电子工业出版社, 2022.2 - - - - - - -