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    温度监控系统设计

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    温度监控系统设计

    重庆邮电大学移通学院课程设计实验报告课程:_单片机原理与应用 系 别: _ _专 业:_ _ _班 级:_ _第_组 学生:姓名_ 学号_ 姓名_ 学号_ 姓名_ 学号_ 成绩: _ _ _填表时间: 年 月温度监控系统设计一、功能要求1、温度监控范围0C°100C°。2、实时显示当前温度。四位有效数,保留小数点一位。3、当温度超限时,系统告警。4、当温度超限时,能够控制启动设备升温或降温。上述1-3为基本部分,4为发挥部分,选做。二、系统分析及构成根据上述功能要求,系统构成做如下几个方面的分析:n 根据温度监控范围,选择一款合适的温度传感器对温度进行测量。n 系统可采用LED七段数码管作为显示器,显示温度及参数等。n 告警可采用指示灯或者蜂鸣器。n 系统可以控制电风扇、电炉等设备来调节温度。n 系统采用单片机控制与管理。因此,系统可以由下述如图1示的电路模块构成。MCUShowTemperaturesensorpowerinterfaceAlarm图2.1、系统构成单片机根据传感器提供的被测环境温度值,实时显示当前温度。并判断是否超过温度的警戒线,如果超出警戒线,单片机控制告警设备告警。同时启动相关设备调节温度。按键是用户界面,用于查阅与修改警戒线的上下极限值。下面根据系统结构,将对系统进行更深入分析。1、温度传感器、DS18B20产品的特点:、一个I/O端口实现与主机通信。、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。、测量温度范围在55°C到125°C之间。、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。、内部有温度上、下限告警设置。、DS18B20的引脚及封装DS18B20采用TO92封装,像一只三极管。其引脚排列见图,其引脚功能描述见表2.1。 图2.2、封装及引脚排列表2.1 DS18B20详细引脚功能描述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。当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。、DS18B20内部结构DS18B20中的高速暂存器是一个9字节的存储器,用于存放温度的采样值、告警与监督参数设置。如表2.2所示。表2.2 高速暂存器暂存器字节地址温度值低位0温度值高位1温度上限TH2温度下限TL3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验8、温度值如表2.3所示。表2.3:温度值精度设置为12位时的数据格式温度低8位D7D6D5D4D3D2D1D0温度高8位SSSSSD10D9D8其中,S为符号位,S=1,表示温度 为负值;S=0,表示温度为正值。例如+125的数字输出为07D0H,-55的数字输出为FC90H。一些温度值对应的数字输出如表所示。、DS18B20中的低温触发器TL、高温触发器TH,用于设置低温、高温的报警数值。DS18B20完成一个周期的温度测量后,将测得的温度值和TL、TH相比较,如果小于TL,或大于TH,则表示温度越限,将该器件内的告警标志位置位,并对主机发出的告警搜索命令作出响应。需要修改上、下限温度值时,只需使用一个功能命令即可对TL、TH写入,十分方便。、配置寄存器开始两个字节为被测温度的数字量,其含义如表2.2所示。第3、4、5字节分别为TH、TL、配置寄存器的复制,每一次上电复位时被重写。配置寄存器有R0、R1组成,其值决定温度转换的精度位数、转换时间等,含义如表2.4所示。第7字节为测温计数的剩余值。第8字节为测温时每度的计数值。第9 字节读出的是前8个字节的CRC校验码,通过此码,可判断通讯是否正确。表2.4、配置寄存器R1R0转换精度温度分辨率转换时间(Ms)0090.593.7501100.25187.510110.12537511120.0625750、DS18B20的读写操作1)、ROM操作命令、读命令(33H):通过该命令主机可以读出DS18B20的ROM中的8位系列产品代码、48位产品序列号和8位CRC校验码。该命令仅限于单个DS18B20在线的情况。、选择定位命令(55H):当多片DS18B20在线时,主机发出该命令和一个64位数,DS18B20内部ROM与主机一致者,才响应命令。该命令也可用于单个DS18B20的情况。、查询命令(0F0H):该命令可查询总线上DS18B20的数目及其64位序列号。、跳过ROM序列号检测命令(OCCH):该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作,该命令仅限于单个DS18B20在线的情况。、报警查询命令(0ECH):只有报警标志置位后,DS18B20才响应该命令。2)、存储器操作命令、写入命令(4EH):该命令可写入寄存器的第2、3、4字节,即高低温寄存器和配置寄存器。复位信号发出之前,三个字节必须写完。、读出命令(0BEH):该命令可读出寄存器中的内容,复位命令可终止读出。、开始转换命令(44H):该命令使DS18B20立即开始温度转换,当温度转换正在进行时,主机这时读总线将收到O;当温度转换结束时,主机这时读总线将收到1。若用信号线给DS18B20供电,则主机发出转换命令后,必须提供至少相应于分辨率的温度转换时间的上拉电平。、回调命令(088H):该命令把EEROM中的内容写到寄存器TH、TL 及配置寄存器中。DS18B20上电时能 自动写入。、复制命令(48H):该命令把寄存器TH、TL及配置寄存器中的内容写到EEROM中。、读电源标志命令(084H):主机 发出该命令后,DS18B20将进行响应, 发送电源标志,信号线供电发O,外接 电源发1。、DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,如果单片机在硬件上不支持单总线协议,因此,我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据,因此,对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序:初始化时时穴、读时序、写时穴。所有时穴都是将单片机作为主设备,DS18B20作为从设备。而单片机每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始,如果要求DS18B20回送数据,在进行写命令后,单片机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先高位在后。下述参考程序是在单片机的时钟为:fOSC=11.0592MHz,调试出来的。1)、DS18B20的复位时序对DS18B20操作之前,首先要将它复位。复位时序为:、主机将信号线置为低电平,时间为480960S。、主机将信号线置为高电平,时间为1560 S。、DS18B20发出60240S 的低电平作为应答信号。主机收到此信号后,才能对DS18B20作其它操作。图2.4、复位时序2)、DS18B20的读时序主机将信号线从高电平拉低至低电平1S以上,再使数据线升为高电平,产生读起始信号。从主机将信号线从高电平拉低至低电平起1560 S的时间内,DS18B20将数据放到信号线上,供主机读取。从而完成了一个读周期。在开始另一个读周期前,必须有1S以上的高电平恢复期。图2.5、读时序单片机在时序图的虚线期间读数据,是“1”就是数据1,是“0”就是数据0。3)、DS18B20的写时序主机将信号线从高电平拉至低电平,产生写起始信号。从信号线的下降沿开始,在1560 S的时间内DS18B20对信号线检测,如信号线为高电平,则写1,如信号线为0,则写0,从而完成了一个写周期。在开始另一个写周期前,必须有1S以上的高电平恢复期。图2.6、写“0”时序图2.7、写“1”时序2、显示器显示可采用静态的5位数码管显示器。这样尽管硬件电路稍微复杂,但程序控制简单。系统有几种情况下的显示。、当前温度显示三位整数,一位小数,最高位显示温度符号。正数,此位不显示。、告警显示显示当前(超限)温度。ALARM灯亮,或者开启蜂鸣器。硬件接口需要一个8位的数据端口与5位选择控制口,如图2.8示。3、温度监视极限设置只有上限。由存储器,35H单元固定存放上限值。由点亮LED告警。5、系统工作流程根据上面的结构描述,下面梳理一下系统工作流程,以利于系统软件的设计。单片机读入DS18B20的温度值,进行处理,以十进制方式显示,并判断温度是否超过极限,是,告警且重复前述过程。否则,重复前述过程。三、系统设计1、I/O端口分配由前述分析可知,温度传感器DS18B20需要端口为1个,告警LED端口为1个,显示器需要端口8(数据)+5(位控),如表2.5示。表3.1、I/O端口分配表端口名I/O设备说明端口名I/O设备说明P2P3.3P1.04P1.7阅读程序填写I/O端口分配表!2、存储器分配、温度传感器DS18B20由前述可知DS18B20是一个单总线接口。硬件连接简单。其控制时序由软件模拟。系统仅仅利用其获得当前温度,由软件设置与判断温度极限。系统选择测温精度为12位,所以,系统需要2个字节的数据缓存,存放当前温度原始数据。程序要把新读出的温度值与极限值进行比较。如果超极限,将对应告警指示灯点亮,让蜂鸣器发声告警。、显示驱动系统设置5个存储单元作为显示缓冲。程序直接从中取出显示。、上限温度值存储器1个存储单元。存储器分配入下:表3.2、地址分配地址单元名称用途定义2FH2EH30H31H32H33H35H阅读程序填写存储器分配表!3、硬件设计由表3.1可知,MCS-51的端口数完全满足本设计使用。所以单片机的各外部模块可以直接与其相连。画出电路图:4、软件设计、主程序主程序是一个单线程的工作流程。阅读程序画出程序流程图:、数据处理程序设计 利用P1.7端口增加蜂鸣器告警功能修改零下的处理程序,写出正确程序。、增加传感器指示灯由源程序已知,在初始化传感器子程序中设置了F0,F0=0时,表示传感器不存在或者已损坏。=1时,则表示传感器存在且工作正常。试利用P1.6端口,增加传感器指示灯;LED灯亮时,表示传感器故障或者不存在告警。LED灭时表示传感器正常。写出该程序段并实现之。(提示:这段程序可加在主程序的判断F0的程序处)四、课程小结

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