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基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)_畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-09-11 19:44本頁面
  

【正文】 計(jì) ..................................................... 29 五 、 結(jié)語 ...................................................................................................................... 32 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 33 致謝 .............................................................................................................................. 34 附錄 ............................................................. 35 附錄一:溫度測試子程序流程圖 ..................................... 33 附錄二 主電路電氣原理圖 .......................................... 34 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng) 第一章 緒論 系統(tǒng)背景 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)生了翻天覆地的變化。 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、生活中需要測量和控制的重要物理量,是國際單位制七個(gè)基本量之一。其測量控制一般 使 用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。 分 布式溫度傳感器在電力工業(yè)、煤礦、森林、火災(zāi)、高層建筑、航空、航天飛行器等有著重要的應(yīng)用前景,引起研究人員的廣泛關(guān)注。 系統(tǒng)概述 本設(shè)計(jì)使用了 美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,它具有獨(dú)特的單總線接口方式 ,即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器 ,從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單 ,克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的 A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn) 。單片機(jī)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度的變化,通過液晶顯示溫度的數(shù)值,當(dāng)溫度值超出允許范圍時(shí),報(bào)警器開始報(bào)警,從而遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)溫度系統(tǒng)的管理和控制。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào),則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電 路,才能把傳感 器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。 所以多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分:溫度傳感器的選擇和主控單元的 設(shè)計(jì)。 傳感器部分 方案一 采用熱敏電阻,可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測量范圍,但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差,對(duì)于檢測 1攝氏度的信號(hào)是不適用的。 方案二 AD590 是一種單片集成的兩端式溫度敏感電流源,它具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏的高、無需補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測溫且使用方便的優(yōu)點(diǎn)。 方案三 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器,在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中,大多都使用傳感器,所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20,此傳感器可以很容易直接讀取被測溫度值,進(jìn)行轉(zhuǎn)換就可以滿足設(shè)計(jì)要求。便于單片機(jī)處理及控制,省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。在 0— 100 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 攝氏度時(shí),最大線形偏差小于 1 攝氏度。 這樣 ,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ,體積也不大 ,且由于 AT89C51 可 以帶多個(gè) DSB1820,因此可以 非常容易 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量 .輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò) 。方案三,電路比較簡單,軟件設(shè)計(jì)也比較簡單,故采用方案三。部分功能電路的集成,使總體電路更簡潔,搭建電路和焊接電路時(shí)更塊。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)。 主控制部分 方案一 此方案采用 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)。且人機(jī)交互友好。需要通過 RS232 電平轉(zhuǎn)換兼容,硬件的合成在線調(diào)試,較為繁瑣,很不簡便。 方案二 此方案采用 AT89C51 八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。而且體積小,硬件實(shí)現(xiàn)簡單,安裝方便。另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用,編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟 ○ 2 。故本設(shè)計(jì)采用方案二 系統(tǒng)方案 綜上所述,傳感器部分采用溫度傳感器 DS18B20,主控部分采用 AT89C51 單片機(jī)。 下位機(jī)( A T 89C 51 )上位機(jī)( PC )下位機(jī)( A T 89C 51 )傳感器模塊顯示模塊控制模塊傳感器模塊顯示模塊控制模塊上位機(jī)( )下位機(jī)( )傳感器模塊顯示模塊控制模塊傳感器模塊顯示模塊控制模塊 圖 總體結(jié)構(gòu)方框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 第三章 硬件設(shè)計(jì) 主控制器 AT89C51 是一種集成了眾多功能部件、功能強(qiáng)大的單片機(jī),適合于要求硬件功能強(qiáng)大,運(yùn)算速度塊,工作環(huán)境惡劣,可靠性高,擴(kuò)展功能強(qiáng)及低功耗的應(yīng)用系統(tǒng)。所以 本設(shè)計(jì)選擇了 AT89C51 單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié) 閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的 單片機(jī) 。 該 器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機(jī) 為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器, 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM, 32 個(gè) I/O 口線,兩個(gè)16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器,一個(gè) 5向量 兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工 串行通信 口,片內(nèi)振蕩器及 時(shí)鐘電 路 ??臻e方式停止 CPU 的工作,但允許 RAM,定時(shí) /計(jì)數(shù)器,串行通 信 口及 中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部 時(shí)鐘信號(hào) 要通過一個(gè)二分頻 觸發(fā)器 ,因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。與 MCS51 兼容 178。 壽命: 1000 寫 /擦循環(huán) 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 178。全靜態(tài)工作: 0Hz24Hz 178。 128*8 位內(nèi)部 RAM 178。兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 178??删幊檀型ǖ? 178。片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 如圖 T89C51 單片機(jī) 40引腳分布圖 圖 T89C51 單片機(jī)引腳分布圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 VCC:供電電壓。 P0口 : P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O口,每腳可吸收 8TTL 門電流。 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。 P1口 : P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí), P1口作為第八位地址接收。并因此作為 輸入時(shí), P2 口的管腳被外部拉低,將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí), P2 口輸出地址的高八位。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。 RST:復(fù)位輸入。 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)。在平時(shí),ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的 1/6。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。此時(shí), ALE 只有在執(zhí)行 MOVX, MOVC 指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止,置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP:當(dāng) /EA 保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器( 0000HFFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間,此引腳也用于施加 12V 編程電源( VPP)。 XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前,該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下, CPU 停止工作。在掉電模式下,保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 DS18B20 是 DALLAS 公司的 最新單線數(shù)字溫度傳感器 ○ 4 ,具有 3 引腳 TO- 92 小體積封裝形式。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入,也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。C ~ +125176。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。C 。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量 ○ 5 ,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。而且新一代產(chǎn)品更便宜,體積更小 。176??蛇x更小的封裝方式,更寬的電壓適用范圍。 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上,從而抗干擾力更強(qiáng)。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的 , 性能價(jià)格比也非常出色 。DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇,讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng) ○ 6 。 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 最高 12位分辨率,精度可達(dá)土 攝氏度。 12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。 可選擇寄生工作方式。 檢測溫度范圍為 – 55176。C ( – 67176。F) 178。 178。 178。 單總線具有經(jīng)濟(jì)性好,抗干擾能力強(qiáng),適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量,使用方 便等優(yōu)點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。C ~ +125176。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。C 。 持多點(diǎn)組網(wǎng)功能多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。因此,當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時(shí)序滿足一定的要求時(shí),可以不接外部電源,從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單,可靠性更高。 負(fù)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。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 DS18B20 的管腳排列如下 圖 圖 DS18B20 的管 腳排列 DS18B20 引腳功能: 178。DQ 單數(shù)據(jù)總線 178。NC 空引腳 18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源,它們分別是: ROM 只讀存儲(chǔ)器,用于存放 DS18B20ID 編碼,其前 8位是單線系列編 碼( DS18B20的編碼是 19H) ,后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào),最后 8位是以上 56的位的 CRC 碼(冗余校驗(yàn))。 DS18B20 共 64 位ROM。第 2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息, 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 第 4 個(gè)字節(jié)是用
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