【正文】 25 致 謝 在這里我要感謝所有曾經(jīng)關心和幫助過我的人，這篇論文的完成和他們中的任何一位都是分不開的。 畢業(yè)設計作為綜合性的設計，它不同于以前教學中的實驗、課程設計等實踐環(huán)節(jié)。通過一系列的實驗： DS18B20的測溫系統(tǒng)比較適合用于環(huán)境溫度監(jiān)測、對溫度的微小變化敏感、不適合實時性強、溫度要求變化很大的測溫系統(tǒng) [15]。 圖 54 溫度上限初始值的顯示 在設置 溫度上限初始值時，還是比較順利的，沒有出現(xiàn)什么錯誤，能夠正常的顯示溫度值。因此， DSl8B20 讀寫時序必須經(jīng)過仔細調(diào)整，可以進行周而復始的調(diào)試修改，從而找到合理的延時時間。} if(key1==0) //S2 報警溫度加一 {delay(10)。傳輸命令與數(shù)據(jù)都是以低位在先的。 (2) 軟件實現(xiàn) 前面提到，單總線器件存儲器命令，主機檢測到一個脈沖信號后，可以發(fā) ROM命令。 基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計與仿真 18 如果有混亂序列，那么單總線器件不響應的主機。 系統(tǒng)軟件設計的一般步驟 系統(tǒng)進行軟件設計時，首先要對設計中的硬件有一個熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號是如何被控制的，以及信號的顯示。因此，高級語言編程的單片機才問世，如 PL\M， C 等等。為了克服這些缺點的機器語言，可使用具有一定意義的符號，指令助記符代表一般的英文單詞的縮寫。實踐中，當使用普通信號電纜傳輸超越 50m 時，獲取的溫度測量數(shù)據(jù)就會發(fā)生錯誤。 因此采用三個按鍵來完成這一功能。不管是何種電源方式，輸入 /輸出端口引腳必須連接大約 上拉電阻 [14]。 采用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器組成的多點溫度測量系統(tǒng) , 克服了傳統(tǒng)溫度測量系統(tǒng)測量精度低、外圍硬件電路復雜、可靠性較低等缺點 , 具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等許多優(yōu)點 , 為多點溫度的測量帶來了極大的方便。當傳感器被確定后，一個匹配的測量方法和設備就可以使用在實踐當中了。 圖 31 單片機復位電路 （ 2）時鐘電路： STC89C52單片機時鐘信號通常是內(nèi)部振蕩器和外部振蕩器模式。 （ 1）復位電路：復位操作完成初始化該芯片的單片機電路，可以使單片機從確定的開始狀態(tài)運行。 畢業(yè)設計的整個系統(tǒng)主要是由 STC89C52 單片機、 LCD1602 液晶顯示電路、按鍵電路、報警電路等構(gòu)成。傳統(tǒng)的方式一般采用熱電偶或熱電阻 ,其輸出的模擬信號 ,需經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后才能送入單片機等微處理器 ,這樣的硬件電路結(jié)構(gòu)復雜 ,制作成本較高 [9]。 DS18B20 體積小、經(jīng)濟、使用方便靈活，測試精度高，較高的性能價格比，有 CRC 校驗，系統(tǒng)簡明直觀 [8]。 綜合模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器的性能指標，以上三個方案都能達到設計的要求。 按鍵 L C D 顯示蜂鳴報警裝置溫度傳感器 1單片機溫度傳感器 2 圖 23 基于數(shù)字溫度傳感器的測量系統(tǒng)方案 這個方案與方案二工作原理相同，只是這個方案選用 STC89C52 單片機作為控制的核心，選用三個按鍵對測量溫度進行設置，電路中采用 2 個 DS18B20 對各點溫度進行檢測。 （ 3）實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。測量溫度是把整個器件放到需要測溫度的地方，以及讀取數(shù)據(jù)時，注意的方面較多，這都會給測量造成很大的誤差。 方案設計 設計方案一 AD590 是美國 ANALOG DEVICES 公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例 [4]。 課題設計的主要內(nèi)容 畢業(yè)設計研究的內(nèi)容主要如下： (1) 在查閱相關資料后，畢業(yè)設計采用以 STC89C52 為核心的單片機系統(tǒng)，來實現(xiàn)對溫度的監(jiān)測、報警等功能。 綜上所述，前人的不足之處我認為有：一般的測量和控制生產(chǎn)都采用不同形式的溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬 式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展，同時具有抑制串模干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。然而 隨著現(xiàn)代計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日益突出，成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計量測試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領域 [2]。 Thermometer DS18B20 基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計與仿真 1 1 緒 論 課題設計的背景 溫度是關于物體冷熱程度的度量，是自然界主要的物理量之一，而溫度測量是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科研等部門最普遍的測量項目，溫度在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學研究及高新技術(shù)開發(fā)過程中是一個極其普遍而重要的測量參數(shù)，溫度測量儀現(xiàn)己廣泛應用于農(nóng)業(yè)實驗室，工業(yè)，環(huán)保，衛(wèi)生防疫，倉儲運輸，博物館，溫室等領域，因此溫度測量技術(shù)的研究是一個很重要的課題 [1]。 畢業(yè)設計的硬件方面：溫度檢測部分使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 檢測溫度信號傳給單片機 STC89C52 進行顯示；溫度的顯示環(huán)節(jié)利用 LCD1602 液晶顯示器顯示溫度；溫度上限設定環(huán)節(jié)利用三個按鍵調(diào)節(jié)溫度的設定值；按鍵電路利用三個按鍵實現(xiàn)對溫度值和功能鍵的設定；聲光報警電 路主要有蜂鳴器、發(fā)光二極管、三極管，利用三極管控制電路通斷，并且三極管高電平導通。 4．系統(tǒng)設計的仿真實現(xiàn)。 基本要求： 1．能夠?qū)崟r測量對象溫度，超過設定值聲光報警。軟件方面：根據(jù)畢業(yè)設計要求建立仿真原理圖，利用 Altium Designer Release 10 軟件畫原理圖，利用 ISIS 軟件對原理圖進行仿真，利用 Keil uVision4 軟件編譯 LCD1602 顯示 DS18B20 讀溫度的程序。同時，溫度也是和 人們生活環(huán)境有著很大關系的一個物理量，是國際單位制七個基本量之一，它也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。畢業(yè)設計就是為了滿足人們在生活生產(chǎn)中對溫度測量系統(tǒng)方便的需求。隨著我國四個現(xiàn)代化和經(jīng)濟發(fā)展，我國在科技和生產(chǎn)各領域都取得了飛速的發(fā)展和進步，發(fā)展以溫度傳感器為載體的溫度測量技術(shù)具有重大意義。在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)設計中，往往采用模擬技術(shù)進行設計，這將不可避免地遇到誤差補償，如多點測量的切換誤差和信號調(diào)理電路的誤差問題；如果處理某一過程的步驟不正確，可能會導致整個系統(tǒng)的性能退化。 (2) 研究比較各相關元器件的功能與特點，選擇合適的元器件。 這個方案采用單片機、通過溫度傳感器 AD590 采集溫度信號、經(jīng)運算放大器把信號放大、送到 A/D 轉(zhuǎn)換器、利用 44 鍵盤、 LCD 顯示電路、集成功率放大器、報警器， 實現(xiàn)多點溫度測量和顯示， 如圖 21 所示。 設計方案二 這個方案使用 AT89C51 單片機作為控制的核心，以數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為溫度的測量元件，在這個電路中采用 4 個 DS18B20 對各點溫度進行檢測，通過 4 4鍵盤模塊對正常溫度進行設置，顯示電路采用 LCD1602 模塊，如圖 22 所示。 （ 4）測量溫度在 55OC～ +128 OC 之間。 優(yōu)點：畢業(yè)設計采用的 STC89C52 單片機作為控制的核心，和 AT89C51 單片機的區(qū)別在于： STC89C52 單片機是一種帶有 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器。 方案一采用模擬溫度傳感器 AD590，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測試，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。近年來 ,各種 新型溫度傳感器和測量方法大量出現(xiàn)并成功應用。 單片機系統(tǒng)設計 在快速發(fā)展的時代，今天的新科學和技術(shù)的發(fā)展，單片機的應用越來越受到人們的重視，它被廣泛用于家電、醫(yī)療、儀器儀表、工業(yè)自動化領域等 [10]。復位操作通常是一個上電和開關復位。XTAL1和 XTAL2引腳連接外部晶體振蕩器，可以構(gòu)成內(nèi)部振蕩器方式。測量結(jié)果的是否可行在很大部分上要取決于所選擇的傳感器能否滿足要求。 DS18B20 是數(shù)字溫度傳感器，它的輸入 /輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接受主機發(fā)送的命令，根據(jù) DS18B20 內(nèi)部的協(xié)議進行相應的處理，把轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)給主機。 如圖 34 所示，在外部電源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，其 VDD 端用 3V～ 5． 5V 電源供電，此時 I/O 線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個 DS18B20 傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。按鍵與單片機連接電路如圖 36 所示。當使用總線電纜換為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常情況下的通訊長度可以得到改善。這樣就有了另一種編程語言匯編語言。綜合以上的分析得知，畢業(yè)設計系統(tǒng)采用C 語言進行編程。然后進行軟件設計時，先基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計與仿真 16 搞清楚各個部分的子程序及他們的流程圖，然后進行 C 語言編程，最后將它們系統(tǒng)的編程，系統(tǒng)軟件設計的流程圖，如圖 41 所示。當然，搜索 ROM 命令和告警命令搜索在執(zhí)行一個命令后返回單片機的初始化。這些命令與從機的唯一 64 位代碼有著密切的聯(lián)系。 溫度測量程序設計 根據(jù)系統(tǒng)的要求，單片機不僅要能接收到溫度信號，還要將溫度信號顯示出來，使系統(tǒng)一目了然。 if(key1==0) 基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計與仿真 20 {value3=value3+1。進 行軟件設計時，首先要對各個部分的子程序及他們的流程圖有很清楚的認識，這樣才能達到很好的效果，然后進行 C 語言編程，這就要求我們不說對它精通吧，但是要有一定的 C 語言功底，這樣在編程的時候才能很好地運用和在編程過程中查找出錯誤 。 （ 4）如圖 55 所示，為調(diào)整溫度上限之后的顯示數(shù)據(jù)，如果溫度在 30 以下 單片機不會發(fā)出報警命令，只要平均溫度大于 30，單片機就會發(fā)出報警命令，蜂鳴器響起，發(fā)光二極管發(fā)光，然后做出相關的操作 。 24 結(jié)束語 通過這次的畢業(yè)設計，使我對在大學中所學的專業(yè)知識進行了綜合的銜接和運用。以前所做的一些設計主要是根據(jù)相關的課本及老師給的資料去完成的，有一定的參照性，所以相對 而言比較簡單，不能完全達到鍛煉自己動手能力的目的。 首先，我要向付老師和其他老師致以由衷的感謝和誠摯的敬意，老師們?yōu)槲覀兲峁┝嗽S多巧妙的設計思想。也為我即將面臨的工作奠定了很好的基礎。使用其構(gòu)建的系統(tǒng)有很多優(yōu)點：硬件連線簡單，省去了使用模擬傳感器要進行放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換等工作，由于它的級聯(lián)功能，一條總線可掛接多個傳感器測量不同位置的溫度，根據(jù)DS18B20唯一的序號識別不同傳感器在各自位置的溫度。 DS18B20測量溫度的時，靈敏度不夠高，快速變化的溫度不能迅速顯示其變化。 圖 53 仿真出錯圖 （ 3）如圖 54 是按下按鍵 S2 后， LCD1602 顯示的是溫度的上限初始值加 。 讀 入 溫 度大 于 所 設 定 的 溫 度 上 限 值報 警 器 響 起 圖 45 報警程序流程圖 本章小結(jié) 軟件設計的難點在于 DS18B20 的時序，如果時序不正確，將無法讀出正確的溫度值，對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。} while(!key)。所有的時序都是以主機為 Master，單總線元器件是以 Slave，每個數(shù)據(jù)傳輸都是從主機開始，開始寫的時序，若需要單總線元器件發(fā)送數(shù)據(jù)寫入命令，主機需要啟動讀的時序來完成數(shù)據(jù)的接收。這些命令允許主機寫入或讀取它的暫存器，啟動溫度轉(zhuǎn)換和判斷從機器的電源供電模式。對一個單一的 DS18B20 芯片總線訪問來說， 每個設備必須遵守以下命令序列： 第一是初始化；第二是執(zhí)行 ROM 命令；第三就是執(zhí)行功能命令 (R0M 命令和功能命令 )。 (4) 畢業(yè)系統(tǒng)采用 C 語言編程。這使得匯編語言程序是不可移植，使用不便；其次，如果必須使用匯編語言編程就必須了解它的硬件結(jié)構(gòu)和性能，對使用者提出了較高的要求。用機器語言編寫的程序是不容易記住，難以解決，不易于修改。 （ 3）掛接傳感器的 DS18B20 總線電纜是有長度大小限制的。 （ 1）畢業(yè)設計中，按鍵主要是用來設置溫度的上限，對其上限加和上限減操作，以達到所要求的溫度值。輸入 /輸出接單片機的輸入 /輸出接口。 它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進 , 給用戶帶來了更方便的使用 [13]。 圖 32 單片機時鐘電路 基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計與仿真 10 溫度傳感器 溫度傳感器的選用 現(xiàn)代傳感器的原理和結(jié)構(gòu)有很大差別，如何根據(jù)測量的目的，測量對象和測量環(huán)境合理選擇傳感器，是在測量前首先要解決的問題。單片機復位操作是單片機的初始化過程，包括程序計數(shù)器寄存器PC=0000H， P0P3=FFH， SP=07H，其他寄存器是零。 綜上所述：畢業(yè)設計運用深圳智威（香港）電子有限公司（ WINBOND 代理商）的STC89C52 進行系統(tǒng)控制，運用到了復位電路，時鐘電路，串口， I/O 口。由于單片機具有強大的運算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。溫度是日常生活和工農(nóng)