【正文】 ......................... 20 顯示程序流程 ......................................... 21 鍵盤程序程序流程 ..................................... 22 程序設(shè)計(jì) ................................................... 24 主程序設(shè)計(jì) ............................................ 24 5 系統(tǒng)仿真 ......................................................... 25 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 II 頁(yè) 共 II 頁(yè) PROTEUS 仿真環(huán)境介紹 ....................................... 25 原理圖繪制 ................................................ 26 程序加載 .................................................. 27 程序編譯 .............................................. 27 程序加載 .............................................. 27 系統(tǒng)仿真 ................................................... 28 仿真結(jié)果分析 ............................................... 33 結(jié)束語(yǔ) ............................................................. 34 致 謝 ............................................................. 35 參考文獻(xiàn) ........................................................... 36 附錄一 ............................................................. 38 附錄二 ............................................................. 39 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 1 頁(yè) 共 61 頁(yè) 1 緒論 課題 設(shè)計(jì)背景 溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測(cè)量和控制的重要物理量，是國(guó)際單位制七個(gè)基本量之一 ，同時(shí)它也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。它適用于電力工業(yè)、煤礦、森林、火災(zāi)、高層建筑等場(chǎng)所，還可以用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。 該系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、傳感器電路、報(bào)警電路、 LCD 顯示電路、行列式鍵盤電路 、電源電路六 大部分組成。 南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 作 者 : 孫露 學(xué) 號(hào)： 104910252060 教研室 : 機(jī)電教研室 專 業(yè) : 機(jī)電一體化工程 題 目 : 多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 謝聰 工程師 評(píng)閱者： 2021 年 5 月 中文摘要 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)地介紹了基于 DS18B20 的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)方案、電路原 理、程序設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)仿真過(guò)程。 DS18B20 多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)是以 AT89C51單片機(jī)作為控制核心，智能溫度傳感 DS18B20 為控制對(duì)象，運(yùn)用 匯編 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。借助 PROTEUS 軟件，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和仿真。通過(guò) DS18B20 的單總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程環(huán)境的溫度測(cè)量與監(jiān)控。人民的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)， 物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過(guò) 程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行?？梢?jiàn)，研究溫度的測(cè)量具有重要的理論意義和推廣價(jià)值。 本設(shè)計(jì)就是為了滿足人們?cè)谏钌?產(chǎn)中對(duì)溫度測(cè)量系統(tǒng)方面的需求。采用液晶顯示溫度值和路數(shù)，顯示格式為 :溫度的符號(hào)位 ,整數(shù)部分 ,小數(shù)部分 ,最后一位顯示 ℃。 課題研究的目的意義 21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測(cè)量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的主流之一，被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。 （ 2）本課題綜合了現(xiàn)代測(cè)控、電子信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域方方面面的知識(shí)，具有綜合性、科學(xué)性、代表性，可全面檢驗(yàn)和促進(jìn)學(xué)生的理論素養(yǎng)和工作能力 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 2 頁(yè) 共 61 頁(yè) 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及水平 傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、 科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。目前，國(guó)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(luò)化的方向發(fā)展 ，同時(shí)具有 抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20是美國(guó) DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器 ,可把溫 度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理 ,而且可以在一條總線上掛接任意多個(gè) DS18B20 芯片 ,構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)需任何外加硬件 （《單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 及其在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用》）。以 DS18B20 為例 ,介紹數(shù)字式溫度傳感器的功能特點(diǎn)及由 DS18B20 組成的溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 我國(guó)是一個(gè)人口眾多的農(nóng)業(yè)大國(guó) ,糧食生產(chǎn)、需求與儲(chǔ)備量很大 ,糧食在儲(chǔ)備的過(guò)程中常因糧食的濕度過(guò)大而升溫發(fā)熱 ,又由于檢測(cè)手段的落后造成溫檢系統(tǒng)錯(cuò)報(bào)或漏報(bào) ,從而導(dǎo)致糧食大量的腐爛變質(zhì) ,給國(guó)家?guī)?lái)巨大的損失。 而基于 DS18B20 設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)這一需求。本設(shè)計(jì)采用以AT89C51 為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)、 報(bào)警等功能。 （ 3）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。 （ 4）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要研究 DS18B20 與單片機(jī)的通信協(xié)議、時(shí)序及一些通用程序等。其中硬件開發(fā)的難點(diǎn)在于各種元器件的選擇和使用，如各種電阻、電容等的選擇。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 4 頁(yè) 共 61 頁(yè) 2 系統(tǒng)的需求分析與總體方案論證 基于模擬溫度傳感器設(shè)計(jì)方案 該方案由單片機(jī)、模擬溫度傳感器 AD590、運(yùn)算放大器、 AD 轉(zhuǎn)換器、 4 4鍵盤、 LCD 顯示電路、集成功率放大器、報(bào)警器組成 ,如圖 所示。 單片機(jī)模 擬 溫 度 傳 感 器模 擬 溫 度 傳 感 器L C D 顯 示 電 路集成功放報(bào)警器4 4 鍵 盤模 擬 傳 感 器A D 5 9 0模 擬 溫 度 傳 感 器模 擬 溫 度 傳 感 器運(yùn)算放大器多路選擇器A / D轉(zhuǎn)換 圖 基于模擬溫度傳感器的測(cè)量系統(tǒng)方案 本方案使用的測(cè)溫元件的性能指標(biāo)如下： （ 1） AD590 的測(cè)溫范圍為 ﹣ 55℃ ～ +150℃ 。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 （ 4） 精度高 ， AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 ﹣55℃ ～ +150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為 177。 集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便 ，溫度測(cè)量范圍廣 等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0℃ 時(shí)輸出為 0，溫本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 5 頁(yè) 共 61 頁(yè) 度 25℃ 時(shí)輸出 。 基于數(shù)字溫度傳感器設(shè)計(jì)方案 該方案使用了 AT89C51 單片機(jī)作為控制核心 ,以智能溫度傳感器 DS18B20 為溫度測(cè)量元件，采用多個(gè)溫度傳感器對(duì)各點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò) 4 4 鍵盤模塊對(duì)正常溫 度進(jìn)行設(shè)置顯示電路采用 128 64 LCD 模塊，使用 LM386 作為報(bào)警電路中的功率放大器。 （ 2）在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。 （ 4）測(cè)量溫度范圍在－ 55℃ 到 ＋ 128℃ 之間。 （ 6）內(nèi)部有溫度上、下 限告警設(shè)置。采用液晶顯示，同時(shí)顯示路數(shù)和溫度，每秒刷新 1 次顯示數(shù)據(jù)。 方案一采用模擬溫度傳感器 AD590，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和 AD 轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。 方案二采用了數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， 改變了傳統(tǒng)溫度測(cè)試方法。 DS18B20 體積小、經(jīng)濟(jì)、使用方便靈活，測(cè)試精度高，較高的性能價(jià)格比，有 CRC 校驗(yàn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀。 方案二程序設(shè)計(jì)稍微復(fù)雜一些，但在畢業(yè)設(shè)計(jì) 期間我用 DS18B20 做過(guò)溫度計(jì)，也調(diào)試過(guò) LCD，并且已經(jīng)用 PROTEUS 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的仿真。 綜上所述，本課題采用方案二對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要由傳感器電路、液晶顯示電路、鍵盤電路 、報(bào)警電路、電源電路組成，系統(tǒng)原理圖如圖 所示。主機(jī)按照通信協(xié)議用一個(gè) IO 口模擬 DS18B20 的時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、 ROM 命令、 RAM 命令）給 DS18B20，轉(zhuǎn)換完成之后讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點(diǎn)的溫度。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 8 頁(yè) 共 61 頁(yè) 每個(gè) DS18B20 有自己的序列號(hào)，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了 4 個(gè)DS18B20，通過(guò) CRC 校驗(yàn)，對(duì)各個(gè) DS18B20 的 ROM 進(jìn)行尋址，地址符合的 DS18B20才作出響應(yīng)，接收主機(jī)的命令，向主機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。 DS18B20 與單片機(jī)接口技術(shù) DS18B20 的引腳功能 DS18B20 的引腳功能描述見(jiàn)表 。 DS18B20 只有三個(gè)引腳，一個(gè)接地，一個(gè)接電源，一個(gè)數(shù)字輸入輸出引腳接單片機(jī)的 口，電源與數(shù)字輸入輸出腳間需要接一個(gè) 的電阻。其寄存器有 16 位 ,高 5 位為符號(hào)位 ,低13位為數(shù)據(jù)位。 表 溫度寄存器格式 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 表 溫度 /數(shù)據(jù)的關(guān)系 B bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte 如果測(cè)得的溫度大于 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，測(cè)得的數(shù)值需要取反加 1 再乘 ，即可得到實(shí)際的溫度值。23 22 21 20 21 22 23 24 S S S S S 26 25 24 DS 18 B 20 單 片 機(jī)P 1 . 7VDDGNDDQ4 . 7 K本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 10 頁(yè) 共 61 頁(yè) 單片機(jī)對(duì) DS18B20 的控制方法 DS18B20 采用嚴(yán)格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。除了應(yīng)答脈沖所有 這些信號(hào)都由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)。且低位在前，高位在后。s，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖 (TX), 然后主機(jī)釋放總線并進(jìn)入接收 (RX)模式。 DS18B20 檢測(cè)到這個(gè)上升沿后，延時(shí) 15181。s，通過(guò)拉低總線 60181。s產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。 溫度 輸出 (2進(jìn)制 ) 輸出 (16進(jìn)制 ) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH ℃ 1110 1110 0110 1111 EE6FH 55℃ 1111 1110 1001 0000 FE90H 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 11 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 DS18B20初始化時(shí)序 （ 2） DS18B20 的讀寫控制 在寫時(shí)序期間，主機(jī)向 DS18B20 寫入數(shù)據(jù)；而在讀時(shí)序期間，主機(jī)讀入來(lái)自DS18B20 的數(shù)據(jù)。讀 /寫時(shí)序如圖 所示。主機(jī)在寫 1 時(shí)序向 DS18B20 圖 DS18B20讀寫時(shí)序 寫入邏輯