【正文】 ......................................... 24 附錄 1 系統(tǒng)總硬件電路原理圖 .............................................................................. 25 附錄 2 系統(tǒng)源程序代碼 .......................................................................................... 25 7 7 1 緒論 發(fā)展?fàn)顩r 近年來，我國工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程和電子信息產(chǎn)業(yè)連續(xù)的高速增長 ， 帶動了 傳感 器市場的快速上升。溫度 傳感 器是利用 NTC 的阻值隨溫度變化的特性，將非電學(xué)的物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，從而可以進(jìn)行溫度精確測量與自動控制的半導(dǎo)體器件。近年來汽車電子、消費電子行業(yè)的快速增長帶動了我國溫度 傳感 器需求的快速增長。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。 溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。 由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度測量的范圍極寬，從零下幾百度到零上幾千度，而各種材料做成的溫度傳感器只能在一定的溫度范圍內(nèi)使用。接觸式溫度傳感器需要與被測介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到同一溫度。非接觸式溫度 8 8 傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是通過被測介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅?，以達(dá)到測溫的目的。這種測溫方法的主要特點是可以測量運動狀態(tài)物質(zhì)的溫度（如慢速行使的火車的軸承溫度，旋轉(zhuǎn)著的水泥窯的溫度）及熱容量小的物體（如集成電路中的溫度分布） 。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼 開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。由于它必 須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為 “熱電偶 ”。 熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。 工作流程 : 系統(tǒng)設(shè)計思路為以單片機(jī)為控制中心，通過實時采集溫度傳感器 DBS18B20獲得當(dāng)前的溫度值，通過 LED 顯示當(dāng)前溫度，同時使用鍵盤設(shè)定溫度閾值，當(dāng)測定溫度大于溫度閾值后，利用蜂鳴器報警。 控制部分是采用單片機(jī) STC89C52。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造 10 10 技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 STC89C52 主要功能 ， 如 下表 所示 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 STC89C52 管腳介紹： ① 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V電源 GND(Pin20)：接地線 ②外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③控制引腳（ 4 根） 12 12 RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ④可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P PP3口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32根。 DS18B20 簡介 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用 美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。C 至 +125 ℃ 。F 到 257華氏度 10 176。C 范圍內(nèi)精度為 177。C DS18B20 控制方法 DS18B20 有六條控制命令： 溫度轉(zhuǎn)換 44H：啟動 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH：讀暫存器 9 個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH：將數(shù)據(jù)寫入暫存器的 TH、 TL字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H：把暫存器的 TH、 TL字節(jié)寫到 E2RAM 中 讀電源供電方式 B4H：啟動 DS18B20 發(fā)送電源供電方式的信號給主 CPU DS18B20 的初始化 DS18B20 的寫操作 DS18B20 的讀操作 顯示部分 內(nèi)部的四個 數(shù)碼管 共用 a~dp這 8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有四個數(shù)碼管，所以它有四個公共端，加上 a~dp，共有 12個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反）。 報警部分 本系統(tǒng)設(shè)計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設(shè)置報警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個分別用于設(shè)置報警溫度的加和減。 3 硬件電路原理描述 軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件程序基于 Keil uvsion3 開發(fā)平臺，采用 C51 語言編寫。 鍵盤掃描電路及按鍵處理程序：實現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識別及進(jìn)入相應(yīng)的程序。 數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。 程序開始的時候先設(shè)置初始化，然后就控制數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。按下 F1 進(jìn)入溫度控制點 1 的程序、按下 F2 進(jìn)入溫度控制點 2 的程序。有按鍵按下的時候進(jìn)入按鍵處理程序。繼電器動作后，程序回到顯示當(dāng)前程序，并開始循環(huán)。先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，通過按鍵來對 系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，我的系統(tǒng)環(huán)節(jié)包括：報警值設(shè)定、溫度值修定、顯示溫度值及通道選擇。 數(shù)字式溫度傳感器功能強(qiáng)大，芯片簡化了硬件電路設(shè)計的同時也無形加大了軟件編寫的復(fù)雜程度，為方便程序的調(diào)試和提高效率， 故將軟件編寫分模塊進(jìn)行，先將實時時鐘模塊一步步調(diào)試，按照時序圖將讀寫函數(shù)寫好后，會顯示秒部分，并準(zhǔn)時走，但液晶屏不穩(wěn)定，有一些亂碼和光標(biāo)亂閃。加上溫度傳感器部分后發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)時間時出現(xiàn)亂碼和不穩(wěn)定現(xiàn)象，光標(biāo)亂跳的現(xiàn)象。經(jīng)過再添加 keyxuan 標(biāo)志允許位時，這個問題得到很好的解決。 16 16 開 始初 始 化L C D 1 6 0 2調(diào) 用D S 1 8 B 2 0 模塊調(diào) 用 報 警 模塊溫 度 顯 示 圖表 6 17 17 主 機(jī) 開 始 發(fā)出 信 號 主 機(jī) 設(shè) 置 為輸 入 模 式 D S 1 8 B 2 0 是 否響 應(yīng) ？ 等 待 4 8 0 u s 接 受 數(shù) 據(jù) 拉 低 總 線 延時 4 5 u s跳 出NY 圖表 7 18 18 進(jìn) 入 設(shè) 置 模式 設(shè) 置 溫 度 報警 上 下 限 調(diào) 用D S 1 8 B 2 0 T E M P = T H ||Te p = T L ? 報 警 溫 度 顯 示YN 圖表 8 4 系統(tǒng)的仿真與實現(xiàn) 概述 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 Proteus 是世界上著名的EDA工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。 功能特點 Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例： multisim）的功能。 （ 2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流單片機(jī)。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。前者可在相當(dāng)程度上得到實物演 示實驗的效果，后者則是實物演 20 20 示實驗難以達(dá)到的效果。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實驗教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。由于 PROTEUS 提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺 隨著科技的發(fā)展，“計 算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段?？墒乖O(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。 使用 Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計 , 是虛擬仿真技術(shù)和計算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映， 對單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，更容易提高。因此， Proteus 有較高的利用價值。 調(diào)試結(jié)果： （ 1）電氣檢測： ELECTRICAL RULES CHECK REPORT ============================= Design: D:\MM\桌面 \仿真 .DSN Doc. no.: NONE 21 21 Revision: NONE Author: NONE Created: 15/01/04 Modified: 15/03/09 I:Compiling design 39。. %C=