1 基于單片機的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計方案 第 1 章 緒論 課題研究的背景及意義 在信息高速發(fā)展的 21 世紀，電子科學技術的發(fā)展日新月異，社會中的諸多行業(yè)對各種信息參數的準備度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數就需要受制于現代信息基礎的發(fā)展水平。在三大信息采集 (即傳感器技術 )、信息傳輸 (通信技術 )和信息處理 (計算機技術 )中，傳感器技術作為新技術革命和信息社會的重要技術基礎，是現代科技的開路先鋒，也是當代科學技術發(fā)展的一個重要標志。傳感器技術、通信技術、計算機技術分別對應信息 技術中的采集、傳輸和處理 ,尤其是溫度傳感器技術，在我國各領域已經廣泛使用，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產過程中需要實時測量溫度，在農業(yè)生產中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。同時，溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)已廣泛應用于社會生活的各個領域 ,甚至在不易人們親自接近的貨物儲藏的倉庫已普遍使用。檢測控制對象慣性大 ,滯后現象嚴重 ,存在很多不確定的因素 ,難以建立精確的數學模型 ,從而導致檢測控制系統(tǒng)性能不佳 ,甚至出現控制不穩(wěn)定、失控現象。本設計采用數字溫度 傳感器 其內部集成了 A/D 轉換器，使得電路結構更加簡單，而且減少了溫度測量轉換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數字溫度傳感器 用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。在此基礎上本設計又采用單片機芯片為主控制器的核心 ,形成成熟的溫度控制系統(tǒng)，結合 片的小型化，通過單條數據線就可以和主電路連接，把數字溫度傳感器 成探頭，探入到倉庫中的各個地方，不但增加其實用性，更能串接多個數字溫度傳感器 行多路的溫度監(jiān)測。 溫度傳感器國內外現狀及水平 傳感器屬于信息技術的前沿尖端產品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工業(yè)生產和生活領域，數量高居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經歷了以下三個階段：傳統(tǒng)的分離式溫度傳感器 (含敏感元件 )、模擬集成溫度傳感器 /控制器和數字溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬向數字式、由集成向 2 智能化、網絡化的方向發(fā)展，同時具有抑制串模干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。 防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內容，是衡量倉庫管理質量的重要指標。 它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內溫度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是通過人工進行檢測，對不符合溫度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度誤差大，隨機性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準確的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。溫度監(jiān)測除了用于倉庫監(jiān)測外，還可以廣泛應用于機房、圖書館、檔案館、文物館、生物制藥、無菌室等各行各業(yè)需要溫度監(jiān)測的場所和領域。隨著我國科技和生產各領域都取得了飛速的發(fā)展和進步，發(fā)展溫度傳感器為載體的溫 度測量技術具有重大意義。 課題設計任務與目的 本設計要求利用溫度傳感器與單片機實現多路溫度采集；溫度測量范圍為3 ,精度為 ；設有溫度報警功能。能夠根據需要方便設定上下限報警溫度，當達到報警溫度后，能夠發(fā)出報警聲。 本設計目的在于加深對單片機系統(tǒng)的認識，掌握一個系統(tǒng)開發(fā)設計的過程；熟悉使用 行硬件仿真， 行程序編譯。培養(yǎng)分析問題、解決問題、獨立設計和制作電子產品的能力。 設計思路 大多單片機接口輸入的信號是數字信號，或有帶 A/D 轉換的高端單片機也可 以輸入模擬信號。由單片機獲取非電信號的溫度信息，必須通過溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測量多以熱敏電阻作為溫度傳感器。但是，熱敏電阻的可靠性差、測量溫度精度低，而且還需要經 A/D 轉換成數字信號后才能由單片機進行處理。因此，使用數字溫度傳感器可簡化硬件設計、方便單片機讀取數據、節(jié)約成本。 設計溫度監(jiān)測系統(tǒng)需要考慮以下 3 個方面： （ 1） 溫度傳感器芯片的選擇； （ 2） 單片機和溫度傳感器的接口電路設計； （ 3） 控制溫度傳感器實現溫度信息采集以及數據傳輸的軟件。 本設計是基于溫度傳感器的 倉庫 溫度檢測系統(tǒng)中的溫度檢測、電路控制、報警系統(tǒng)及顯示部 分的實現。以智能溫度傳感器應用技術和單片機應用技術為核心進行開發(fā)，并且以理論分析和該技術方案為基礎，在不斷地研究過程中進行不斷的調整，完成了一個 倉庫 溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設計 。 3 第 2章 系統(tǒng)設計 方案設計 設計方案一 利用 度感應器在溫度變化時轉化成電壓的等比例變換，然后通過數碼管以數字顯示出來。此電路圖的核心元件是利用 完成功能的轉換，一塊應用非常廣泛的集成電路。它包含 3 個 1/2 位數字 A/D 轉換器，可直接驅動 碼管，內部設有參考電壓、獨立模擬開關、邏輯 控制、顯示驅動、自動凋零功能等。制作時，數字顯示用的數碼管為共陽極， 2K 可調電阻最好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其它器件選用正品即可。該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數顯電流表、數顯溫度計等。靜默電流溫度關系。硬件電路復雜，軟件調試復雜，制作成本高，精度不高，不適合在高精度場合使用。 設計方案二 利用集成溫度傳感器 計并制作了一款基于 4 位數碼管顯示的數字溫度計，其電路簡單，軟硬件結構模塊化易于實現。該數字溫度計利用 成溫度傳感器及其 接口電路完成溫度的測量并轉換成模擬電壓信號，經由模數轉換器 換成單片機能夠處理的數字信號，然后送到單片機 進行處理變換，最后將溫度值顯示在 4 位七段碼 示器上。系統(tǒng)以 片機為控制核心，加上 溫電路、 數轉換電路、 4 位溫度數據顯示電路以及外圍電源、時鐘電路等組成。該設計采用模數轉換硬件電路復雜，軟件調試復雜，制作成本高。故溫度計精度不高，不適合在高精度場合使用。 設計方案三 在日常生活及工農業(yè)生產中經常要用到溫 度的監(jiān)測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復雜，軟件調試復雜，制作成本高。本設計采用美國 導體公司繼 后推出的一種改進型智能溫度傳感器 為檢測元件。 以直接讀出溫度被測溫度值，而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。按照系統(tǒng)設計功能的要求，確定系統(tǒng)由 3 個模塊組成：主控制器、測溫電路、顯示電路。監(jiān)測系統(tǒng)控制器使用單片機 度傳感器使用 4 用 晶顯示器實現溫度顯示。此電路溫度精度高、電路簡單、可靠，可以在較高環(huán)境要求下準確測溫，故采用此方案。 系統(tǒng)整體設計方框圖 溫度監(jiān)測系統(tǒng)電路設計總體設計方框圖如圖 示。本系統(tǒng)采用單片機及外圍電路完成。最重要的部分即測溫電路將采用數字溫度芯片測量溫度，這樣輸出的信號為數字信號，可以直接由單片機來處理；晶振電路及復位電路將提供給單片機必不可少的時鐘信號和復位信號以使單片機正常工作。報警電路用于當倉庫溫度超過額定范圍時，及時報警通知。顯示電路則是 顯示倉庫溫度。 系統(tǒng)的運行流程為：三路溫度傳感器實時的采集各自的溫度信號，輸出的數字信號傳給單片機，經單片機處理和判斷分別分時顯示在液晶顯示器上。如果某路的溫度超出或低于設定的溫度范圍，則報警器開始報警。完成上述任務后，返回程序起始位置，循環(huán)檢測并顯示。 圖 系統(tǒng)總體框圖 5 第 3 章 電子器件介紹 本章主要介紹系統(tǒng)設計所需的電子元器件。電子元器件主要包括單片機（ 溫度傳感器（ 和液晶顯示器（ 單片機 微型計算機的出現 是數字計算機廣泛應用到人們生活領域的一個重大轉折點。單片微型計算機是微型計算機發(fā)展的一個重要組成部分，它以獨特的結構和性能，在國民經濟發(fā)展的各個領域都得到普遍應用。 單片微型計算機（ 稱單片機。由于單片機主要用于系統(tǒng)的控制模塊，因而又稱作微控制器 (者嵌入式控制器（ 它將計算機的基本功能部件加以微型化，并集成到一塊芯片上，實現了片上系統(tǒng)的設計。 單片機的 結構 單片機內部包含中央處理器部件（ 數據存儲器（ 程序存儲器（ 定時器 /計數器以及各種輸入 /輸出（ I/O）接口。單片機的結構如圖 圖 單片機的結構 介 一種帶 4K 字節(jié) 儲器 （ 低電壓、高性能 位 微處理器 ，俗稱單片機 。 一種帶 2K 字 節(jié) 閃存可編程可擦除 只讀存儲器 的 單片機 。單片機 的可擦除 只讀存儲器 可以反復擦除 1000 次。該器件采 用 密度 6 非易失 存儲器 制造技術制造，與工業(yè)標準的 令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 閃速 存儲器 組合在單個芯片中， 片機 為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 腳功能 片機為 40 引腳雙列直插式封裝，示。 圖 單片機引腳示意圖 （ 1） 電電壓。 （ 2） 地。 （ 3） ： 為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8電流。當 的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 夠用于外部程序數據 存儲器 ，它可以被定義為數據 /地址的低八位。在 程時， 作為原碼輸入口，當 行校驗時， 出原碼，此時 部必須接上拉電阻。 （ 4） ： 是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器能接收輸出 4電流。 管腳寫入 1 后，被內部 上拉為高，可用作輸入， 被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在程和校驗時， 作為低八位地址接收。 7 （ 5） ： 為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器可接收，輸出 4 個 電流，當 被寫 “ 1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 當用于外部 程序存儲器 或 16 位地址 外部數據 存儲器進行存取時， 輸出地址的高八位。在給出地址 “ 1” 時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據 存儲器 進行讀寫時， 輸出其 特殊功能寄存器 的內容。 在 程 和校驗時接收高八位地址信號和 控制信號 。 （ 6） ： 管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 電流。當 寫入 “ 1” 后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， 將輸出電流（ 是由于上拉的緣故。 也可作為 一些特殊功能口，如下表 示 ： 表 第二功能 引腳 功能 行接口輸 入） 行接口輸出） 部中斷 0 輸入） 部中斷 1 輸入） 0（定時器 0 輸入信號） 1（定時器 1 輸入信號） 部數據存儲器讀選通） 部數據存儲器寫選通） 同時為閃爍編程和編程校驗接收一些 控制信號 。 （ 7） 位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 兩 個 機器周期的高電平時間。 （ 8） 訪問外部 存儲器 時， 地址鎖存 允許的 輸出電 平 用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 程 期間，此 引腳 用于輸入 編程 脈沖。在平時，以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注 意的是：每當用作外部數據存儲器 時，將跳過一個 沖。如想禁止 輸出可在 址上置0。此時， 有在執(zhí)行 令 時 起作用。另外，該引腳 被略微拉高。如果 微處理 器 在外部執(zhí)行狀態(tài) 止，置位無效。 （ 9） /部 程序存儲器 的選通信號。在由外部程序 存儲器 取指期間， 8 每個 機器周期 兩次 /在訪問 外部數據 存儲器時，這兩次有效的 / （ 10） / /持低電平時，則在此期間外部程序 存儲器（ 0000不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /內部鎖定為 /保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ （ 11） 向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 （ 12） 自反向振蕩器的輸出。 別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部 時鐘源 驅動器件，不接。有余輸入至內部 時鐘信號 要通過一個二分頻 觸發(fā)器 ，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除 整個 列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的 控制信號 組合，并保持 腳處于 低電平 10完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復 編程 以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， 有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種 軟件 可選的掉電模式。在閑置模式下， 止工作。但 定時器 ，計數器，串口和 中斷系統(tǒng) 仍在工作。在掉電模式下，保存 內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 度傳感器 字溫度傳感器接線方便，封裝后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 要根據應用場合的不同而改變其外 觀。封裝后的 圖 示 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。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備數字測溫和控制領域。 主要特性 （ 1） 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： 寄生電源方式下可由數 據線供電 。 （ 2） 獨特的單線接口方式， 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 雙向通訊 。 9 （ 3） 持多點組網功能，多個 以并聯(lián)在唯一的三線上，實現組網多點測溫 。 （ 4） 使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內 。 （ 5） 溫范圍 55 +125 。 （ 6） 可編程 的分辨率為 9 12 位，對應的可分辨溫度分別為 、 和 ，可實現高精度測溫 。 （ 7） 在 9 位分辨率時最多在 把溫度轉換為數字， 12 位分辨率時最多在 750把溫度值轉換為數字，速度更快 。 （ 8） 測量結果直接輸出數字溫度信號，以 一 線總線 串行傳送給 時可傳送 驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 。 （ 9） 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作 。 圖 裝圖 外形和內部結構 64位光刻 溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 置寄存器。 （ 1） 數字信號輸入 /輸出端； （ 2） 電源地； （ 3） 外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 光 刻 的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該64位光刻 排列是：開始 8位 （ 28H）是產品類型標號，接著的 48位是該 后 8位是前面 56位的循環(huán)冗余校驗碼（ 8+4+1）。光刻 作用是使每一個樣就可以實現一根總線上掛接多個 0 的 。 圖 內部結構如圖 圖 12位轉化為例：用 16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以 ，其中S 為符號位 。如表 表 度值格式表 11 這是 12位轉化后得到的 12位數據，存儲在 18比特的 ，二進制中的前 面 5位是符號位，如果測得的溫度大于 0， 這 5位為 0，只要將測到的數值乘于 果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數值需要取反加 1再乘于 溫度。 例如 +125 的數字輸出為 07的數字輸出為 0191H， 的數字輸出為 的數字輸出為 如表 表 度數據表 儲器包括一個高速暫存 者 存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 結構寄存器。 配置寄存器的結構見表 表 配置寄存器 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 1” ， 測試模式位，用于設置 工作模式還是在測試模式。在 廠時該位被設置為 0，用 戶不要去改動。 0 用來設置分辨率，如表 示：（ 廠時被設置為 12 位） 12 表 度分辨率設置表 0 分辨率 溫度最大轉換時間 0 0 9 位 1 10 位 0 11 位 375 1 12 位 750速暫存存儲器由 9 個字節(jié)組成，其分配如表 示。當溫度轉換命令發(fā)布后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后，數據格式如表 1 所示。對應的溫度計算：當符號位 S=0 時，直接將二進制位轉換為十進制；當 S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表 對應的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 表 寄存 器內容 字節(jié)地址 溫度值低位 （ 0 溫度值高位 （ 1 高溫限值（ 2 低溫限值（ 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 驗值 8 根據 通訊協(xié)議，主機（單片機）控制 成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 行復位操作，復位成功后發(fā)送一條 令 見表 后發(fā)送 令 見表 樣才能對 位要求主 00微秒，然后釋放，當 6 60 微秒左右，后發(fā)出 60 240 微秒的存在低脈沖，主 3 收到此信號表示復位成功。 表 令表 指 令 約定代碼 功 能 讀 3H 讀 度傳感器 的編碼（即 64 位地址） 符合 5H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 碼，訪問單總線上與該編碼相對應的 之作出響應，為下一步對該 讀寫作準備。 搜索 于確定掛接在同一總線上 個 數和識別 64 位 址。為操作各器件作好準備。 跳過 略 64 位 址，直接向 溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令 0行后只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應。 表 令表 指 令 約定代碼 功 能 溫度變換 44H 啟動 行溫度轉換， 12 位轉換時最長為 7509 位為 結果存入內部 9 字節(jié) 。 讀暫存器 0內部 9 字節(jié)的內容 寫暫存器 4 出向內部 3、 4 字節(jié)寫上、下限溫度數據命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數據。 復制暫存器 48H 將 第 3 、 4 字節(jié)的內容復制到 。 重調 內容恢復到 的第 2、 3 字節(jié)。 讀供電方式 0 供電模式。寄生供電時 送 “ 0 ” ，外接電源供電 送 “ 1 ” 。 作原理 讀寫時序和測溫原理與 同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而 不同，且溫度轉換時的延時時間由 2s 減為 750 14 溫原理如圖 示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器 1。高溫度系數晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器 2 的脈沖輸入。計數器 1 和溫度寄存器被預置在 55 所對應的一個基數值。計數器 1 對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數器 1 的預置將重新被裝入，計數器 1 重 新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到計 數器 2 計數到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖 的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器 1 的預置值。 圖 外部電源供電方式 如圖 外部電源供電方式下， 腳接入，此時 I/O 線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證 轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個 成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下， 腳不能懸空 ，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是 85 。外部電源供電方式是 作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度 監(jiān)控系統(tǒng)。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 使電源電壓 到 3V 時，依然能夠保證溫度量精度。 15 圖 外部供電方式單點測溫電路 晶顯示器 晶顯示器是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 162 即 32 個字符。是一種專門顯示字母、數據、符號等的 點陣型液晶。每個點陣都可以顯示一個字符。實物如圖 圖 引腳定義 有 16 個引腳。引腳示例如圖 引腳功能見表 圖 腳示例 16 表 腳功能表 序號 名稱 描述 1 地 2 +5V 3 晶顯示器對比度調整端 4 存器選擇端 5 寫控制端 6 能端 70向數據端 15 背燈電源正極 16 燈電源負極 指令介紹 晶顯示器內部共有 11 條指令。各指令定義及功能見表 表 令表 顯示自定義字符 顯示自定義字符步驟如下： （ 1） 先將自定義字符寫入 17 含的 符代碼表中的 00H07H 地址中的內容沒有定義，它是用戶自定義區(qū)域。用戶可以向 定義內容。在設定內容時，要逐行設定，每行對應一個 行 5 點，共 8 行。 （ 2） 將 的自定義字符傳送到 。 首先寫 入行地址。格式見表 后設定 據的內容。見表 表 行地址格式 000 每行 5 點的字模數據 18 第 4 章 硬件電路設計 系統(tǒng)的硬件組成 本設計使用單片機作為控制核心，采用多個溫度傳感器對多點溫度進行檢測，以液晶顯示屏分別 循環(huán)顯示檢測的溫度。系統(tǒng)原理框圖如圖 示。 圖 系統(tǒng)原理框圖 單片機的典型電路 單片機的典型電路包括時鐘電路和復位電路。 時鐘電路 如圖 蕩頻率取決于適應晶體的振蕩頻率，范圍可取 2容可取 530 圖 單片機時鐘電路 19 復位電路 上電復位電路： 成微分電路，在接電瞬間產生一個微分脈沖，其寬度大于 2 個機器周期。如圖 示： 圖 單片機復位電路 顯示電路 如圖 示為 晶顯示屏的接口連線，最后兩個管腳 高電平 +5V， 過調節(jié) 10K 滑動變阻器來調節(jié)顯示屏的亮度，以便清晰顯示數據。 圖 晶顯示屏的接口連線 20 溫度檢測電路 如圖 示為溫度檢測電路連接圖，三路 別接單片機的 接口， 用外部供電方式， I/O 口線要接 5里接 作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強。 圖 溫度檢測電路連接圖 溫度報警電路 本設計采軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過或者低于所預設的溫度時，數據口相應拉高電平，報警輸出。 也可采用發(fā)光二級管報警電路，如果需要報警，則只需將相應位置 1，當參數判斷完畢后，再看報警模型單元 內容是否與預設一樣，如不一樣，則發(fā)光報警。報警電路硬件連接圖見圖 圖 報警電路硬件連接圖 21 第 5章 軟件設計 系統(tǒng)程序主要包括主 程序、溫度檢測程序、溫度轉換命令子程序、計算溫度子程序顯示數據刷新子程序等。 主程序 主程序調用各個子程序，并系統(tǒng)的控制各執(zhí)行模塊之間的結合與聯(lián)系，處理子程序送來的數據。主程序流程圖如圖 示。 圖 主程序流程圖 溫度檢測程序 單片機的控制下分三個階段： 18始化、讀 18 18 始化 初始化流程圖如圖 示。 先將數據線置高電平 “ 1”； 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點 ） ， 數據線拉到低電平 “ 0” ；延 時 750s（該時間的時間范圍可以從 480 到 960s） ； 數據線拉到高電平 “ 1” ；延時等待（如果初始化成功則在 15 到 60s 時間之內產生一個由 返回的低電平 “ 0” ； 據該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。若 到了數據線上的低電平 “ 0” 后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起最少要 480s； 22 將數據線再次拉高到高電平 “ 1” 后結束。 圖 初始化流程圖 讀 序 讀 程見圖 先設置循環(huán)次數為 8 次，通過總線延遲將 8 位數據讀入單片機內。 當從 數據時，主機生成讀時間隙。當主機把數據從高電平拉到低電平時，寫時間隙開始，數據線必須保持至少 1s；從 5s 內有效。因此，主機在讀時間隙開始后必須把 I/O 腳驅動拉為的電平保持 15s，以讀取 I/O 腳狀態(tài)。在讀時間隙的結尾， I/O 引腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時間隙必須最少 60s，包括兩個讀周期至少 1s 的恢復時間。 23 圖 讀 程圖 寫 序 寫 程見圖 樣，先設置循環(huán)次數為 8 次，通過總線延遲將8 位數據寫入單片機內。當主機把數據從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時候，寫時間隙開始。有兩種寫時間隙，寫 1 時間隙和寫 0 時間隙。所有寫時間隙必須最少持續(xù) 60s，包括兩個寫周期至少 1s 的恢復時間。 I/O 線電平變低后，一個 15s 到 60s 的窗口內對 I/O 線采樣。如果線上事高電平，就是寫 1，如果是低電平，就是寫 0。主 機要生成一個寫時間隙，必須把數據線拉到低電平然后釋放，在寫時間隙開始后的 15s 內允許數據線拉到高電平。主機要生成一個寫 0 時間隙，必須把數據線拉到低電平并保存 60s。每個讀時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線 1s，在主機發(fā)起讀時序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0 或 1。所有讀時序至少需要 60s。 24 圖 寫 程圖 溫度轉換命令子程序 溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，當采用 12 位分辨率時，轉換時間約為 750本程序設計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉換的完成。其程序流程圖如圖 示。 計算溫度子程序 計算溫度子程序將讀取值進行碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖 示。 25 圖 溫度轉換流程圖 圖 計算溫度子程序流程圖 顯示數據刷新子程序 顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，當最高顯示位為 0 時，將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖 示。 26 圖 顯示數據刷新子程序流程圖 27 第 6章 仿真、制作及系統(tǒng)調試 仿真結果 通過 件對系統(tǒng)進行仿真，其仿真圖如圖 示。因為仿真圖看不出蜂鳴報警器是否響，所以這里用報警指示燈來代替蜂鳴報警電路。 圖 系統(tǒng)仿真圖 如圖 示為循環(huán)顯示三路溫度的仿 真圖。液晶第一行顯示仿真的日期，第二行顯示分別為溫度值、溫度單位和溫度檢測的路數。其中圖 a 為第 1 路檢測的溫度，其溫度值為 ，液晶顯示與 一致，說明仿真正確。因為該溫度超出了設定溫度的下限，所以報警指示燈亮。圖 b 顯示為第 2 路 測的溫度，其溫度在設定范圍內，報警指示燈不亮。圖 路 檢測的溫度，其溫度超出了設定范圍的上限，報警指示燈亮。圖 d 為循環(huán)回來顯示的 1 路溫度值。 實物制作 仿真結果出來后照著系統(tǒng)仿真圖開始進行實物制作。 先從實驗室獲取各個模塊電路所需要的所有元器件，元器件的清單如表 后依照電路進行焊接實物。 28 a b c d 圖 三路溫度仿真圖 系統(tǒng)調試 本次設計系統(tǒng)的調試以程序的調試為主。 先編寫顯示程序并進行硬件的正確性檢驗 ，然后分別進行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉換命令子程序、計算溫度子程序和顯示數據刷新子程序等的編程及調試。 表 元器件清單 29 序號 名稱 型號 單位 數量 備注 1 電阻 10 2 2 電容 30 2 3 晶振 12 1 4 三極管 9012 支 1 5 蜂鳴器 支 1 6 滑動變阻器 10 1 7 電阻 5 3 8 液晶顯示器 1 9 單片機 1 由于 單片 機采用串行數據傳送，因此，對 行讀 /寫編程時，必須嚴格的保證讀 /寫時序，否則將無法讀取測量結果。本程序采用單片機 C 語言編寫，用 編譯器編程調試。 軟件調試到液晶能顯示溫度值，而且在有溫度變化時（例如改變傳感器的溫度值）顯示溫度能改變。 軟硬件分別調試完成以后，將程序下載入單片機中，電路板接上電源，系統(tǒng)開始運行。如圖 圖 系統(tǒng)初始調試圖 由于剛上電時 以三路都顯示為 85 。經過一個循環(huán)周期后 ，開始顯示各路溫度。如圖 30 a b c d 圖 各路溫度顯示圖 圖中 a、 b、 c 圖分別為第 1 路、第 2 路、第 3 路檢測的溫度，圖 d 為循環(huán)一周期后重新顯示的第 1 路溫度。 由于我們在用軟件仿真的時候都是假設所有的元件為理想狀態(tài)，但是在現實中，遠 遠達不到理想狀態(tài)，元器件總是或多或少存在一些問題，所以成品有可能和仿真出的結果有一些誤差。但只有能夠實現正常循環(huán)顯示溫度值，那么本次設計基本成功。 31 結論 本設計利用 片控制溫度傳感器 輔之以部分外圍電路實現對環(huán)境溫度的監(jiān)測，性能穩(wěn)定，精度教高，而且擴展性能很強大。由于持單總線協(xié)議，我們還可以將多個 以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， 需一根端口線就能與諸多 信，占用較少的微處理器的端口就可以實現多點測溫監(jiān)控系統(tǒng)。由于 測量精度只有 ，往往很多場合需要更加精確的溫度，在所測溫度精度不變的基礎上必須對數據進行校正。由于 基于帶隙結構的數字式溫度傳感器， 增量電壓正比于 對溫度（ 它的測溫精度較高 ,但存在著一定的誤差 其誤差在時間和外部環(huán)境變化的條件下 ,保持相當高的穩(wěn)定性。 通過本次設計，讓我對單片機 原理應用以及與周邊系統(tǒng)的連接融合環(huán)節(jié)有了深入的認識，針對溫度傳感器 片的原理我通過網絡資料對其有了更深刻的理解。并且能夠 熟悉使用 行硬件仿真， 行程序編譯，培養(yǎng)了分析問題、解決問題、獨立設計和制作電子產品的能力。 32 參 考 文 獻 1 常喜茂 ,孔英會 ,付小寧 礎與應用實例 M 電子工業(yè)出版社 , 2 余永權 . 列單片機應用技術 M