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1、基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统朱奕丹，等基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统 ，朱垂丹倪浩钿（集美大学轮机工程学院，福建厦门）摘要：介绍了以新型数字温度传感器、单片机、液晶显示模块为主体构建的多点温度检测显示系统。说明了系统硬件电路、系统主程序与各模块子程序的设计以及基于软件的仿真与调试等。该系统具有硬件接口电路简单、转换精度高、抗干扰能力强、显示结果清晰稳定、成本低等显著优点。关键词：单片机数字温度传感器温度检测液晶显示器高精度中图分类号：文献标志码： 。 羽。 。 鹊 。 ， ，： （）引言精度数字式温度传感器。单总线是的一项专有技术，它采目前，大多数温度测控显示系统还是
2、利用传统的测温元件。如热电偶或热电阻将温度转化为电量经放大电路放大到适当的范围，再由转换器转换成数字量并利用单片机实现单点温度的测控，而且温度值仍是利用数码管进行显示。这种电路硬件接口复杂、调试难度较大、检测精度较低，特别是易受元器件参数变化的影响。如果要将其扩展为多点温度的检测与显示，更是会大大增加硬件设计难度。存在着许多不足。本文以单总线数字式温度传感器、单片机、液晶显示模块为主体构建多点温度检测显示系统。该系统具有硬件电路结构简单、转换精度高、显示结果清晰稳定、成本低等显著优点。在诸用单根信号线，既传输时钟又传输数据信号，即与微处理器仅需一根数据线即可实现双向通信；温度测量范围为一一，测
3、量分辨率为 ；提供位精度的温度测量，通过编程可将测量温度转换为数字值直接读取，分别在 和腿内完成；每个有唯一的位序列码，这使得允许有多个并联在一条单总线上工作，实现多点温度检测。正因为有以上诸多优点，因此，利用与单片机控制实现多点温度检测具有转换精度高、体积小、与微处理器接口简单等优势。这给系统硬件设计带来了极大的方便。如粮库测温、智能建筑、中央空调等多种需要多点温度内部结构与测温原理检测的场合具有较好的应用前景。新型数字温度传感器内部结构主要由位光刻、温度传感器、温度报警触发器和、高速存储器、非易失性几部分组成。其中位光刻加性能特点是美国公司系列的高是出厂前被刻录好的，它由位产品系列号、位的
4、产品序号、位循环冗余检验码组成，的产品系列号均为，每个器件有自己唯一的位产修改稿收到日期：。第一作者朱奕丹，士年生，年毕业于福州大学电力系统专业，获学士学位。副教授；现主要从事单片机控制、技术等方面的教学与研究工作。品序号，利用产品序号可以识别一条线上所挂的不同器件。这也正是多个可以共用一根数据线进行通信的原因。非埸失报警触发器和 万方数据基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统朱奕丹。等，可以通过软件写入温度报警的上下限值。的高速存储器有个字节，其中第、字节以补码的形式存放温度信息；第、字节是于识别不同的的序列号及类型等。操作命令如表所示。表操作命令和的拷贝，每次上电复位时被刷新；第字节为
5、配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率；第、字节保留未用，表现为全逻辑；第字节用于存放根据位的前位计算得出的值，并与事先已存入在位的最高有效字节的值做比较以判断主机收到的数据是否正确，从而保证与微处理器双向通信的正确性。配置寄存器字节的低位一直是，第位是测试模式位，用于设置是在工作模式还是在测试模式，第位、第位分别是、，用于决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率。分辨率的定义规定如表所示。由表可知，当设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长，因此，实际使用中要将分辨率和转换时间综合考虑。系统硬件设计表 配置寄存器 与系统硬件接口的优点在多点温度检测系统中可以更好地体现出来
6、，的管脚只有根，即电源、地、数据线，多点温度检测系统硬件连接图如图所示。应注意的是，在单片机系统中，一条数据线实际上最多只能接个，如果实际应用中个数字传感器还不能满足用户的要求的话，可以再增加使用单片机的其他数据线。通常在总线上接一个 ）左右的当接收到温度转换命令后，开始启动转换，转换完成后的温度值以位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速存储器的第、字节。二进制中的高位是符号位，如果测得的温度大于，则高位为，可以直接将二进制数转换为十进制再乘以上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。即可得到实际温度；如果测得的温度小于，则高位为，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算其对应的
7、十进制数并乘以 得图多点温度检测系统硬件连接图到实际温度。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在前、高位在后。 完成温度转换后，把测得的温度值与中、字节内容作比较，若温度大于或小液晶显示器及其硬件接口液晶显示器内部含有简体中文字库，内置于，则器件内的报警标志位置位，并对主机发出的个点汉字和个点字符集，报警搜索命令作出响应。因此，可用多个同时测量温度并进行报警搜索。其内部组成主要包含控制部、驱动部、接口部三部分拉。控制部是的核心，它产生内部的工作操作命令时钟，控制字符发生器、显示存储器的操作指令有存储器操作命令与操作命令两类，前者主要针对高速暂存器用于实现温度转换以及对温度数据的读出与
8、存贮等，后者主要用自动化仪表第凹卷第期年月万方数据的工作状态；驱动部具有液晶显示驱动和扩展驱动能力。接口部是与单片机的接口，由缓冲器、指令寄存器和译码器、数据寄存器、“忙”标志基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统朱奕丹。等触发器等组成。的读写操作时序由使能信号完成；对读写操作的识别是判断信号上的电平状态，信号的宽度要大于；信号用于识别数据总线的数据是属于指令代码还是属于显示数据。接口部信号及其作用如表所示。表接口部信号及其作用机呼号时，才能应答。因此单片机访问各个时都必须严格遵循的命令时序。如果出现时序混乱，则将不响应单片机。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。定
9、义了复位信号、应答信号、写“”、读“”、写“”、读“”的几种时序信号类型。 所有的单总线命令序列都是由这些基本的信号类型组成的。在这些信号中，除了应答脉冲外，其他均由单片机主机发出同步信号，并且发送的所有命令和数据都是字节的低位在前。系统的主程序主要用来初始化有关系统参数，对的配置数据进行相关设定；对多点温度检测，主机在发出跳过命令之后，再发出统一的温度转系统硬件设计总体结构换启动命令，就可以实现所有的统一转换；系统利用个实现对、四个点的温度检测；单片机与液晶显示器的连接采用了间接访问方式，即把液晶显示器作为终端与单片机的并行接口直接连接，单片机通过对该并行接口的操作间接实现对液晶显示器的控制
10、，系统数据传输形式采用位；系统设计了温度越限报警电路，经过延时后就可以用很短的时间去逐一完成对所有的访问；对当前所读取的的温度数据进行处理，将温度值的码送入显示缓冲区，使温度数据显示于液晶显示器上。具体程序流程如图所示。温度上下限值可自行设定；另外，系统还设计了机温度监视环节，利用电平转换电路实现单片机与机的串行通信，通过机实现对被检测点温度值的数据管理、分析与控制。系统硬件总体结构如图所示。系统初始化复位发出跳过命令发送温度转换命令卜延时卜卜图主控制器系统硬件结构图发出匹配发送一个序列号读温度数据 系统软件设计多点温度检测显示系统软件主要包括：主程序、复位子程序、读数据子程序、写数据子程序、
11、温度计算转换子程序、显示模块子程序等。由于采用单总线数据传输方温度转换 温度更新显示 图温度检测系统主程序流程图式，其数据传输均由一条数据线完成，因此，在软件编写上应与复位、读、写等的操作时序严格匹配。 系统主程序单片机和之间的通信可以通过三个步骤的复位、读数据、写数据子程序复位时序完成，分别是初始化、识别、单片机和的数据交换。由于它们是主从结构，只有单片主机发送一复位脉冲（炉的低电平），接着主机释放总线并进入接收状态，在检测到数据万方数据 逦固基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统朱奕丹。等线的信号之后等待舻；然后发出存在脉冲（经过温度计算子程序处理后可正常显示于液晶屏上。的低电平），单
12、片机接收到低电平脉冲说明根据液晶显示器字符显示的地址复位成功；否则需重新进行复位操作。与显示区域的对应关系，编写设置字符显示的起始坐读数据时序标。具体子程序如下：主机将数据线从高电平至低电平 之后，再使（ ， ）数据线升为高电平，产生读起始信号。主机在读时间（）片下降沿之后炉内完成读位。每个读周期最短的持续期为炉，各个读周期之间必须有 ，以上的高电平恢复期。：（一）；：（一）；写数据时序：（一）；主机将数据线从高电平拉至低电平。产生写起始信号。在之内将所需要写的位送到数据线上，在炉之间对数据线进行采样，如果采样为高电平就写；反之就写。各个写周期之间也必须有斗以上的高电平恢复期。总之，由于采用单
13、总线数据传输方式，其数据传输均由一条数据线完成。因此，在软件编写上应与复位、读、写等的操作时序严格匹配。所有的单总线器件的读、写时序至少需要炉，且每两个独立的时序间至少需要 的恢复时间。在写时序中。主机将在拉低总线炉之内释放总线，并向单总线器件写；：（一）；结束语是一款新型的软件，它可以对单片机及其外围元器件进行实物仿真”一，在未搭建单片机硬件系统进行设计调试时可利用其建立好的软件环境直观地观看工程运行结果。是单片机开发软件平台，具备强大的软件仿真与分析功能，因此，在本设计中将与进行整合，构建单片机虚“”；如果主机拉低总线后能保持至少咿的低电平，拟实验环境以实现系统仿真”。，则向总线器件写“”
14、。单总线器件仅在主机发出读时序时才向主机传输数据。所以，当主机向单总线发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便单总线器件能传输数据。以上设计思想将体现在程序设计之中口】。温度计算转换子程序温度数据处理程序将位温度值进行码转换计算，并进行温度值正负的判定，温度计算子程序流程如图所示。蕞一温度值取补码并置。一”标志多点温度检测显示系统的仿真结果如图所示，图中显示器实时显示四个温度传感器的温度；灯为温度过限报警作用，当温度传感器所测得的温度不在一一以内时，灯发光，起到温度报警的作用。计算小敷位温度值码计算整数位温度值码卜图温度计算转换程序流程图 温度显示模块子程序温度显示模块子程序包括设置字符显示
15、的起始坐标和显示字符两个部分。由各检测点所得的温度数据自动化仪表第卷第期年月万方数据图仿真结果图 （下转第“页）一种便携式扫描学习装置潘孟春。等自适应阈值分割“等先进图像处理技术，图像质量显著增强，为提高光学字符识别的准确度奠定了坚实的基础。高准确度技术在便携式扫描学习装置中，采用了高准确度的光学字符识别（）技术，能够实现大写和小写英文字母、简体和繁体汉字、半角和全角标点符号、数字、希腊字母、罗马字母等常见的多种印刷字符的识别。同时还包括宋体、楷体、黑体、斜体等多种字体类型，字体大小范围为 （二号字一八号字）。系统对数字和英文字母的识别准确度达以上，对汉字的识别准确度达以上。智能词汇提取技术目
16、前市场上销售的所有学习装置都没有提供单词快查的功能。这样不但使阅读速度变慢，而且直接影响到阅读的流畅性。有些扫描笔是通过扫描特制教材上的隐型条码来识别该条码所对应的一段课文的信息，推广困难且无法实现单词的查找。还有些扫描笔是先扫描出一行英文字符，然后要求使用者通过键盘从中手动选择一个单词进行解释，由于操作复杂，同样无法实现英语单词的快速查找。在便携式扫描学习装置中采用了智能词汇提取技术。即使扫描内容中包含有多个英语单词或乱码，该装置也会根据对文本编码和单词完整性的分析自动选择一个最完整的英语单词与电子词典完成最佳匹配。因此，只要用扫描笔对准不认识的单词轻轻一扫。在松手的瞬间马上就可以听到该单词
17、的读音，看到该单词的音标、词义和解释，实现即扫、即读、即译、即释。智能文本匹配技术在便携式扫描学习装置的课文解读功能中，采用了独创的智能文本匹配技术，使通过扫描实现对课文的同步学习成为现实。在学习装置内预先存储了全国中小学通用教材的课文文本和语音资料（更多的资料可通过专用网站进行免费下载）。在进行课文学习时，只要先选定教材名称和页码，然后用扫描笔任意扫上接第页）系统硬件测试的结果表明，基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统能在不同的温度环境下正确显示四个被测点的温度值，实时显示效果清晰、稳定。因此，该系统具有较好的工程应用与参考价值。参考文献李光飞单片机程序设计实例指导北京：北京航空航天描
18、课文中的一个句子，就可以马上听到该句子的发音，在屏幕上看到关于这个句子的翻译或讲解。智能文本匹配技术包括分级匹配、智能纠错、自动分割、模糊识别四种技术手段。其中分级匹配是指当扫描内容与预先存储的课文内容不能完全匹配时，自动计算扫描内容与课文内容的匹配系数，并选择匹配系数最大的课文内容完成部分匹配。智能纠错是指当扫描内容出现个别错误如乱码时，在软件中通过一定的规则进行纠正。自动分割是指当课文中的某个句子分两行以上出现时，在匹配时自动分割成几个部分进行匹配。模糊识别是指任意扫描课文中某个句子的一部分，都可以通过模糊匹配算法成功地实现对课文的识别。结束语使用便携式扫描学习装置进行学习时，信息的输入速
19、度与人工打字相比提高了几十倍。它能从普通纸质文件中快速提取任一单词并马上给出其发音、音标和解释，实现单词快查，使学习效率大大提高。它还能完成扫描文本与学习装置中预先存储的课文文本的高精度匹配，实现课文同步解读，扫描笔扫到哪里就学到哪里，真正实现了无障碍学习。参考文献盛灿坤扫描识别在现代工业中的应用现代制造，（）：李伟光智能单据自动扫描识别分类装置机械与电子，（）：岳思聪基于的便携式光扫描识别翻译系统小型微型计算机系统，（）：王建平，秦枫灰度文本图像自适应二值化滤波算法设计及应用合肥工业大学学报：自然科学版，（）：王庆，赵荣椿文本图像的一种混合二值化方法西北工业大学学报，（）：鲁萍，马光思基于行
20、程编码的运动图像帧间压缩算法微机发展，。（）：陶霖文本自动校核的一种算法计算机工程，（）：大学出版社，赵亮单片机语言编程与实例北京：人民邮电出版社。徐玮单片机高效入门北京：机械工业出版社，：周润景，张丽娜基于的电路及单片机系统设计与仿真北京：北京航空航天大学出版社，：代启化在单片机电路系统设计中的应用自动化与仪器仪表，（）： 万方数据基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：朱奕丹， 倪浩如集美大学轮机工程学院,福建,厦门,自动化仪表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION2008，29(8)0次参考文献(5条
21、)1.李光飞 单片机C程序设计实例指导 20052.赵亮 单片机C语言编程与实例 20053.徐玮 C51单片机高效入门 20064.周润景.张丽娜 基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真 20045.代启化 Proteus在单片机电路系统设计中的应用期刊论文-自动化与仪器仪表 2006(6)相似文献(10条)1.期刊论文 赵明波.张严利.陈平 单总线数字温度传感器与AVR单片机接口技术及应用 -山东理工大学学报(自然科学版)2004,18(2)介绍了Dallas公司的单总线数字温度传感器DS18B20的特性、工作原理及传输通讯协议.该芯片能够在单总线上进行双向数据传输,并可组网实现多
22、点测温,AVR单片机具有较为优越的性能.文章给出了单总线数字温度传感器与AVR系列单片机的接口技术及应用实例.2.期刊论文 雷建龙.LEI Jian-long 数字温度传感器DS18B20读出数据错误分析 -电子器件2007,30(6)为了在超声波液位测量仪中准确地测定环境温度,采用了单总线数字温度传感器DS18B20.针对单片机在读出DS18B20中数据时常出现错误的问题,从DS18B20的读出数据时序入手,分析了测量程序,特别是读出DS18B20的程序,发现了读出错误的原因,在Keil C单片机集成开发环境中,通过实验反复比较证实了所作的分析,也提出解决了这一问题的方法.实际应用表明,修改
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