倉庫溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(文件)
【正文】 .................................. 18 致謝 ......................................................................................................................................... 19 1 第一章 前言 課題背景及目的 電子 科技時(shí)代的今天，社會(huì)中的諸多行業(yè)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長(zhǎng)，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。本設(shè)計(jì)采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，因其內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。 本設(shè)計(jì)是基于溫度傳感器 [4]的溫度檢測(cè)系統(tǒng) [3]中的溫度檢測(cè)、電路控制、報(bào)警系統(tǒng)及顯示部分的實(shí)現(xiàn)。報(bào)警電路用于當(dāng)倉庫溫度超過額定范圍時(shí)，及時(shí)報(bào)警通知。所以系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)性能要求較高，選用常用的 8031 系列和 8051 系列的單片機(jī)可以方便的編程，但 8031 沒有內(nèi)部 RAM，系統(tǒng)又需要大量?jī)?nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不適用。主要特性有： 1） 與 MCS51 兼容； 2）4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器； 3）壽命： 100000 寫 /擦循環(huán)； 4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年； 5）全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz； 6） 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定； 7） 128*8 位內(nèi)部 RAM； 8） 32 可編程 I/O 線； 9）兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 10） 5 個(gè)中斷源； 11）可編程串行通道； 12）低功耗的閑置和掉電模式； 13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地 址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 (ILL)，也是由于上拉的緣故。 （ 8） ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。如果微處理器在外 5 部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 （ 10） EA/VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，訪問外部 ROM；注意加密方式 1 時(shí)， EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部 ROM。 溫度傳感器的選擇 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件測(cè)出的一 般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對(duì)較高。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 圖 DS18B20 封裝方式 6 DS18B20 的性能特點(diǎn) DS18B20 非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)系統(tǒng)，其性能特點(diǎn)如下： （ 1） 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 （ 5） 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 （ 8） 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 （ 12） 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。然后，通過 AT89S51 單片機(jī)芯片對(duì)送來的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。 主控制器 AT89S51 的復(fù)位電路 [9]由 C R1 組成，觸動(dòng)開關(guān) K1 即可可靠復(fù)位。必須先啟動(dòng)DS18B20 開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。 驅(qū)動(dòng)電路包含在 SMCI602A 液晶顯示模塊芯片 ，所以不必外加驅(qū)動(dòng)電路。工作于寄生電源方式時(shí) , VDD 和 GND 均接地 , 它在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用 , 原理是當(dāng) 1 Wire 總線的信號(hào)線 DQ 為高電平時(shí) , 竊取信號(hào)能量給 DS18B20 供電 , 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當(dāng) DQ 為低電平時(shí)釋放能量為 DS18B20 供電。在這里采用前者方式供電。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。報(bào)警電路硬件連接見圖。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。 主程序需要調(diào)用 4 個(gè)子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫度測(cè)試及處理子程序，報(bào)警子程序，中斷設(shè)定子程序。 4）中斷設(shè)定程序：實(shí)現(xiàn)設(shè)定上下限報(bào)警功能。 在主機(jī)初始化過程，主機(jī)通過拉低單總線至少 480us，來產(chǎn)生復(fù)位脈沖。其程序如下： 源程序 : 其中 TEM PD IN 定義為 DS18B20 的數(shù)據(jù)管腳 , 主機(jī)為 AT89S51。 延時(shí) 100 Ls, 等待回應(yīng) DJN Z R6, ＄ MOV R6, 3CH LOO P1820: MOV C, TEM PD N 。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從高電平拉到低電平 12 時(shí)，寫時(shí)間隙開始，數(shù)據(jù)線必須保持至少 1μ s；從 DS18B20 輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)間隙的下降沿出現(xiàn)后 15μ s 內(nèi)有效。 開始設(shè)循環(huán)次數(shù)為 8總線置 0 并延時(shí) 16us讀 1 位數(shù)據(jù)延時(shí) 100us總線置 1 并延時(shí) 60us8 位讀完返回YN 圖 讀 DS18B20 流程圖 源程序 : 假設(shè)要讀 1B 的數(shù)據(jù) , 且數(shù)據(jù)放在 A 中。 延時(shí) 10 Ls DJN Z R6, ＄ MOV C, TEM PD N 。 釋放總線 DJN Z R7, READDS1820LOO P 。 當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時(shí)候，寫時(shí)間隙開始。如果線上事高電平，就是寫 1，如果是低電平，就是寫 0。所有讀時(shí)序至少需要 60us。 將要寫數(shù)據(jù)存入 C MOV TEM PD IN , C 。 寫 8 位 RET 開始設(shè)循環(huán)次數(shù)為 8總線置 0 并延時(shí) 16us讀 1 位數(shù)據(jù)延時(shí) 480us總線置 1 并延時(shí) 16us8 位讀完返回NY 圖 寫 DS18B20 流程圖 15 報(bào)警模塊流程 報(bào)警流程圖如圖 所示。 中斷設(shè)定流程 中斷模塊 [6]采用了外中斷和內(nèi)中斷套用方法。 開始清除標(biāo)志位取讀出度值 CC ＞ M A X ?C ＜ M A X ?有參數(shù)報(bào)警嗎？置上限報(bào)警標(biāo)志置下限報(bào)警標(biāo)志報(bào)警裝置運(yùn)行返回YYYNNN 圖 報(bào)警流程圖 16 關(guān)外部中斷開內(nèi)部中斷顯示 U PS3S4 跳到下一位四位設(shè)定完顯示 D0S3S4 跳到下一位四位設(shè)定完設(shè)置溫度比較高溫＞低溫？開外部中斷關(guān)內(nèi)部中斷顯示 “E R R O ”報(bào)警設(shè)置設(shè)置完畢設(shè)置完畢NYNYYN 圖 中斷設(shè)定子程序流程圖 17 第五章 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)利用 AT89S51 芯片控制溫度傳感器 DS18B20，再輔之以部 分外圍電路實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)控，性能穩(wěn)定，精度教高，而且擴(kuò)展性能很強(qiáng)大。由于 DS18B20 是基于帶隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字式溫度傳感器， PN 結(jié)增量電壓正比于 IC 絕對(duì)溫度（
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