基于DS18B20芯片温度检测设计毕业论文.doc
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1、基于DS18B20芯片温度检测设计摘要DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器,由于其具有单总线的独特优点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验,介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程,并给出了软件流程图。该系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准RS232通信接口,芯片使用了ATMEL公司的AT89C51单片机和DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器。上位机部分使用了通用PC。该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。关键字:温度测量 DS18B20 数
2、字温度传感器 单片机DS18B20 temperature detection system designAbstractAs a kind of high-accuracy digital net temperature sensor,DS18 B20 can be used building a sensor net easily. It can also make the net simple and reliable with its special 1-wire interface .This paper introduces the application of DS18B20 w
3、ith single chip processor.Thesystem is constituted by two parts the temperature measured part and displayed part. The temperature measured part has a RS232 interface. It used AT89C51 of ATMEL company and DS18B20 of DALLAS company .The displayed part uses PC .This system is applied in such domains as
4、 warehouse detecting temperature;air-conditioner controlling system in building and supervisory productive process etc.Key Words:temperature measure;DS18B20;digital thermometer;single chip processor目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1系统背景11.2 系统概述1第二章 DS18B20与设计关键22.1 DS18B20数字化温度传感器22.2 传感器部分32.3 主控制部分32.4系统方
5、案4第三章 硬件电路设计53.1 电源以及看门狗电路53.2.1 键盘电路53.2.2 温度显示电路53.2键盘以及显示电路63.2.1 键盘电路63.2.2 温度显示电路73.2温度测试电路83.2.1 DS18B20内部结构93.2.2 高速暂存存储器103.3 串口通讯电路113.4 整体电路13第四章 软件设计144.1 概述144.2主程序方案144.3 各模块子程序设计164.3.1 温度测试子程序设计164.3.2 中断控制程序设计174.3.3 串口通信程序设计17第五章系统调试195.1 分步调试195.1.1 测试环境及工具195.1.2 测试方法195.1.3 测试结果分
6、析195.2 统一调试19结语20参考文献21致谢22第一章 绪论1.1系统背景在工、农业生产和日常生活中,对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域:消防电气的非破坏性温度检测,电力、电讯设备之过热故障预知检测,空调系统的温度检测,各类运输工具之组件的过热检测,保全与监视系统之应用,医疗与健诊的温度测试,化工、机械等设备温度过热检测。由此可见,温度检测系统应用十分广阔。1.2 系统概述本设计运用主从分布式思想,由上位机(PC微型计算机),下位机(单片机)多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232串行通讯标准
7、,通过上位机(PC)控制下位机(单片机)进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理,由显示器显示。也可以由下位机单独工作,实时显示当前各点的温度值,对各点进行控制。下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械第二章 DS18B20与设计关键温度检测原则
8、上有其共同的特点:测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号,则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路,才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样,由于各种因素会造成检测系统较大的偏差,会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。而DS18B20温度检测系统则补全上述缺陷。本次DS18B20温度检测系统的设计的关键在于两部分:温度传感器的选择和主控单元的设计。2.1 DS18B20数字化温度传感器美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是支持 一线总线接口的温度传感器,在其内部使用了在板(ON-B0ARD)专利技术
9、。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。现在,新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。DS18B20支持一线总线接口,测量温度范围为-55C+125C,在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为2C。现场温度直接以一线总线的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持3V5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。而且
10、新一代产品更便宜,体积更小。DS18B20的主要特性:(1)适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电(2)独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯(3)DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温(4)DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内(5)温范围55125,在-10+85时精度为0.5(6)可编程的分辨率为912位,对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625,可实
11、现高精度测温(7)在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快(8)测量结果直接输出数字温度信号,以一线总线串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力(9)负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。 2.2 传感器部分与DS18B20测温系统相比,传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换,而为了获得较高的测温精度,就必须采用措施解决由长线传输,多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制
12、,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。在0100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS1820和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度,可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快。而且,集成块的使
13、用,有效地避免外界的干扰,提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片,也是顺应这一趋势。2.3 主控制部分本设计采用AT89C51八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小,硬件实现简单,安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作,还可以与PC机通信.运用主从分布式思想,由一台上位机(PC微型计算机),下位机(单片机)多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用,编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。2.4系统方
14、案系统采用针对传统温度测温系统测温点少,系统兼容性及扩展性较差的特点,运用分布式通讯的思想。设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS-232串行通讯的标准,通过下位机(单片机)进行现场的温度采集,温度数据既可以由下位机模块实时显示,也可以送回上位机进行数据处理,具有巡检速度快,扩展性好,成本低的特点。本次设计实际采用电路方案如下图:图2-1 电路实际方案第三章 硬件电路设计系统底层电路的功能主要包括:温度测试及其相关处理,实时显示温度信息,与上位机通讯传输温度数据。硬件设计主要包括以下几个模块:电源以及看门狗电路, 键盘以及显示电路,温度测试电路,串口通讯电路。3.
15、1 电源以及看门狗电路3.1.1 电源电路因为单片机工作电源为+5V,且底层电路功耗很小。采用7805三端稳压片即可满足要求。具体电路图如下:图3-1 硬件电源电路图3.1.2 看门狗电路考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣,单片机会受到周围环境的干扰,而出现程序跑飞,死机等一些不可预知的不正常工作现象。工作人员也不可能到现场对单片机重起,本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路。定时查询单片机的工作状态,一但发现异常即对单片机延时重起。保证系统安全可靠的运行。NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号,其门限电平为4.2V 。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时。NE5660
16、4将产生精确的复位信号。NE56604内置一个看门狗定时器,用于监控微处理器,以确保微处理器的正常运行。看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作。NE56604的看门狗的监控周期为100mS(典型值)。特性:1、正负双逻辑输出的有效复位信号。2、精准的门限电平监测。3、上电复位内部延时。4、可利用外部电阻调节的内部看门狗定时器。5、看门狗定时器的监控周期为100mS 典型值。6、VCC=0.8VDC时产生有效的复位信号典型值,仅需很少的外围元件。具体电路图如下:图3-2 硬件看门狗电路图3.2键盘以及显示电路3.2.1 键盘电路单片机应用系统中除了复位按
17、键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘有编码和非编码两种。非编码键盘硬件电路极为简单。故本系统采用拨码开关来控制。具体电路如下:图3-3 硬件键盘电路图A、开关状态的可靠输入键开关状态的可靠输入有两种解决方法。一种是软件去抖动:它是在检测到有键按下时,执行一个10ms的延时程序后,再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平,如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态,从而消除了抖动影响。另一种为硬件去抖动:即为按键添加一个锁存器。两种方法都简单易行,本设计采用的是硬件去抖。B、对按键进行编码给定键值或给出键号对于按键无论有无编码,以及采用
18、什么编码,最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值,以实现按键功能程序的散转转移。为使编码间隔小,散转入口地址安排方便,常采用依次序排列的键号。表3-1 拨码开关值及其含义表拨码开关值含义0000实时显示通道一的温度值0001实时显示通道二的温度值0010实时显示通道三的温度值0011实时显示通道四的温度值0100实时显示通道五的温度值0101实时显示通道六的温度值0110实时显示通道七的温度值0111实时显示通道八的温度值1*自动循环显示所有通道的温度C、选择键盘监测方法对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。本设计采用的查询法,即在在CPU空闲时调用键盘扫描子程序。3.2.
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