【正文】 ......................................................................................... 39 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 40 附 錄 ........................................................................................................................................ 41 智能溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計 1 1 緒論 本課題研究的目的及意義 溫度的測量是科研與生產(chǎn)中最常見的一類測量技術(shù)。 該系統(tǒng)不僅能實時采集所測環(huán)境的溫度值， 將其實時顯示在數(shù)碼管上，并且在溫度達到所設(shè)定的最高限 時進行報警 。 通過 時鐘芯片 DS1302， 該系統(tǒng)具有時鐘功能。 本 系統(tǒng)大致可分為中央處理單元、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘模塊、 人機接口模塊、串行通訊模塊和報警模塊六部分。研制更靈敏、更可靠、更精確的溫度檢測系統(tǒng)越來越有必要。近年來，利用數(shù)字式溫度傳感器以實現(xiàn)溫度信息的 檢測已成為溫度檢測技術(shù)的一種發(fā)展趨勢 。 I 智能溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 溫度測量是現(xiàn)代檢測技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵的作用。因此，能夠確?？焖?、準確地測量溫度的技術(shù)及裝置普遍 受到各國的重視。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們對溫度檢測的準確度 和靈敏度 要求越來越高，并且 對溫度測量系統(tǒng)的智能化有一定的 要求 ，譬如 在溫度達到允許的最高 限時實現(xiàn)報警。 本課題即以上述任務(wù)為出發(fā)點， 擬設(shè)計一種智 能溫度檢測系統(tǒng)。 該系統(tǒng)基于 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，以 AT89S52 單片機為核心，用數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片 CH452 驅(qū)動 數(shù)碼管 。軟件開發(fā)采用 C51 進行編程。 上位機通過串行通訊與該系統(tǒng)相連，具有實時分析和存儲數(shù)據(jù)的功能。有效地對溫度進 行測量可以提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)能，減輕工人勞動強度，使 實際系統(tǒng)的工作品質(zhì)得到極大的改善。采用微處理器構(gòu)成的智能溫度檢測系統(tǒng)比使用分離元器件或集成電路器件構(gòu) 成的溫度測量系統(tǒng)功能更強大、結(jié)構(gòu)更靈活、性能更可靠、運行更穩(wěn)定，已成為溫度測量系統(tǒng)的首選。該系統(tǒng)不僅能實時采集所測環(huán)境的溫度值，將其顯示在數(shù)碼管上，而且在溫度達到所設(shè)定的最高 限時進行報警，同時能夠切換顯示實時日期時間， 并能夠通過串行通訊接口與上位機相連，在上位機上對數(shù)據(jù)進行分析和記錄。 （ 1） 利用物體熱脹冷 縮原理制成的溫度計 利用此原理制成的溫度計大致分成三大類 ： a)玻璃溫度計，它是利用玻璃感溫包內(nèi)的測溫物質(zhì)（水銀、酒精、甲苯、煤油等）受熱膨脹、遇冷收縮的原理進行溫度測量的 。 c)壓力式溫度計，它是由感溫物質(zhì)（氮氣、水銀、二甲苯、甲苯、甘油和低沸點液體如氯甲烷、氯乙烷等）隨溫度變化，壓力發(fā)生相應(yīng)變化， 用彈簧管壓力表測出它的壓力值，經(jīng)換算得出被測物質(zhì)的溫 。 熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件。常用的熱電偶有以下幾種： a）鎳鉻 鎳硅，型號為 WRN，分度號為 K ，測溫范圍 0～ 1000 ℃ ， 短期可測 1200℃ 。 c）鉑鍺 鉑，型號為 WRP ，分 度號為 S ，在 1300 ℃ 以下的溫度可長期使用，短期可測 1600 ℃ 。 其他還有非常用的熱電偶。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系．熱輻射式高溫計就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的。新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大 12 個數(shù)量級，二極管和三極管的 PN 結(jié)電壓、電容對溫度靈敏度很高。 b）集成電路溫度檢測元件 利用硅晶體管基極 發(fā)射極間電壓與溫度關(guān)系（即半導(dǎo)體 PN 結(jié)的溫度特性）進行溫度檢測，并把測溫、激勵、信號處理電路和 放 大電路集成一體，封裝于小型管殼內(nèi)，即構(gòu)成了集成電路溫度檢測元件。 c） 核磁共振溫度檢測器 所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場中時，當與靜磁場垂直方向加以電磁波，會發(fā)生對某頻率電磁的吸收現(xiàn)象。這種檢測器精度極高，可以測盤出千分之一開爾文，而且輸出的頻率信號適于數(shù)字化運算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測器。 d） 石英晶體溫度檢測器 石英晶體溫度檢 測器 采用 LC 或 Y 型切割的石英晶片的共振頻率隨溫度變化的特性來制作的．它利用 uP 技術(shù)，自動補償石英晶片的非線性，測量精度較高，一般可檢測到 ℃ ，所以可作標準檢測之用。它是利用雙折射光纖的傳輸光信號滯后量隨溫度變化的原理制成的雙折射光纖溫度檢測器，檢測精度在上 1 ℃ 以內(nèi)，測溫范圍可以從絕對 0～ 2021℃ 。 g）微波溫度檢測器 采用微波測溫可以達到快速測最高溫的目的。這種檢測器的靈敏度為 250 KHZ/℃ ，精度為 177。 美國 Dallas 半導(dǎo)體公司推出了 1Wire（單總線）接口協(xié)議， 單總線技術(shù)與其它總線不同，它采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因此單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴展和維護等優(yōu)點。同時各軟件公司開發(fā)的可視化軟件開發(fā)工具，更是向著效率高、功能強大的方向努力，從而為獲得良好的用戶界面奠定了基礎(chǔ)。運用所學的MCS51 單片機實用接口和硬件設(shè)計、溫度傳感器技術(shù)、 Protel 軟件制圖等課程所學知識和 對 單片機 AT89S5 數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片 CH45數(shù)字式溫度傳感器DS18B 涓流充電時鐘芯片 DS1302 的資料的學習，設(shè)計一種智能溫度檢測系統(tǒng)的軟件和一套完整的溫度檢測系統(tǒng)的硬件電路，并利用畫出的完整的系統(tǒng)電路圖，安裝調(diào)試，以滿足實際需求。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 4 2 系統(tǒng)總體方案及硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)總體構(gòu)成 該系統(tǒng)大體上可以由六部分構(gòu)成：一是中央處理單元，二是溫度數(shù)據(jù)采集模塊，三是時鐘模塊，四是人機接口模塊，五是串行通訊模塊，六是報警模塊。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 各模塊介紹 （ 1） 中央處理單元 該部分為系統(tǒng)的核心部分，其余各個部分或者是數(shù)據(jù)要送入本部分處理，或者受本部分的控制。 單片機經(jīng)過幾十年的發(fā)展歷程，目前的種類很多，根據(jù)運算的最高位數(shù)可分為 4 位機、 8 位機和 16 位機等，根據(jù)指令的多少可以分為普通型和 RISC 型。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 的 8 位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器， 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash， 使得 AT89S52 為眾多嵌入控制 應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。 溫度傳感器的種類很多，根據(jù)其輸出方式及接口方式的不同，大體可以分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器 直接輸出數(shù)字 信號，一般只需少量外部元器件就可直接送至微處理器進行處理。單總線獨特而且經(jīng)濟的特點，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。 （ 3）時鐘模塊 該部分 為系統(tǒng)提供實時日期時間顯示。由于該芯片具有體積小、功耗低、接口容易、占用 CPU 的 I/O 口少等主要特點，故該芯片可作為實時時鐘廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表中，本次設(shè)計將用 它 來完成時鐘日歷電路部分。 （ 4）串行通訊模塊 因為由 PC 出來的是 RS232 電平 ,而單片機是典型的 TTL 電平 。 MAX232 是一種把電腦的串行口 RS232 信號電平（ 10v ，+10v）轉(zhuǎn)換為單片機所 用到的 TTL 信號點平 （ 0v ， +5v） 的芯片。由于在此電路上所采用的收發(fā)器是 MAX232，它的內(nèi)部沒有集成 ESD 保護電路，所以需要外接 的電容構(gòu)成外部保護電路。數(shù)據(jù)和參數(shù)的顯示部分接受控制器送來的待顯示的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，按照要求顯示在相應(yīng)的設(shè)備上，按鍵部分通過控制器 對參數(shù)進行設(shè)置。單個發(fā)光二極管只能指示一種狀態(tài)，多位 LED 數(shù)碼管可以顯示簡單的字符串和數(shù)字型參數(shù)，液晶顯示屏能夠顯示的內(nèi)容最豐富，可以同時顯示字符和圖形，但價格相對較高。 數(shù)碼管驅(qū)動及按鍵控制采用 CH452。 （ 6）報警模塊 當溫度超過所設(shè)定的上 限時，報警裝置開始報警。本設(shè)計采用聲音報警，即當溫度超過所設(shè)定的極限時，蜂鳴器開始報警。如圖 22 所示。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 圖 23 AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 [16] P 0 驅(qū)動器A LU時間控制暫存器1P 2 鎖存器P 2 驅(qū)動器P 0 鎖存器PSWFLA SHSP程序寄存器ACC暫存器 2B 寄存器RAM 地址寄存器RAM指令寄存器看門狗O SC中斷 、 串行口及寄存器緩沖器PC 增 1PCD PTR程序邏輯P 1 鎖存器ISP 口P 3 鎖存器P 3 驅(qū)動器 P 1 驅(qū)動器PS ENEA / VPPR STP 0 . 0 ~ P 0 . 7P 1 . 0 ~ P 1 . 7P 2 . 0 ~ P 2 . 7P 3 . 0 ~ P 3 . 7ALE / PR OG陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 8 引腳功能描述 AT89S52采用 40引腳的雙列直插封裝（ DIP方式），引腳配置如圖 24所示 。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在 Flash編程時， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。 P1口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1輸出緩沖器能驅(qū)動 4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P2口： P2口是 一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在 Flash編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 21所示。 表 21 P3口各引腳的第二功能 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） 0INT (外部中斷 0) 1INT (外部中斷 1) T0（定時器 0外部輸入） T1（定時器 1外部輸入） WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) RST ： 復(fù)位輸入?？撮T狗計時完成后 ， RST 腳輸出 96個晶振周期的高電平。 DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在 Flash編程時，此引腳 （ PROG ）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。這一位置 “ 1” ， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC指令時有效。這個 ALE 使能標志位（地址為 8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當 AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。為使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。在 flash編程期間， EA 也接收 12伏 VPP電壓。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 10 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 中斷寄存器：各中斷允許在 IE寄存器中 ,六個中斷源的兩個優(yōu)先級也可以在 IE中設(shè)置。特殊寄存器 AUXR1中 DPS＝ 0選擇 DP0； DPS=1選擇 DP1。 掉電標志位：掉電標志位（ POF）位于特殊寄存器 PCON的第四位（ ） 。 POF可以軟件控制使用與否，但不受復(fù)位影響。 WDT由 13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器（ WDTRST）構(gòu)成。當 WDT激活后，晶振工作， WDT在每個機器周期都會增加。 除了復(fù)位 （硬件復(fù)位或 WDT溢出復(fù)位），沒有辦法停止 WDT工作。 WDT 的使用：為了激活 WDT，用戶必須向 WDTRST寄存器（地