項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計與制作項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計知識與能力目標(biāo)了解DS18B20溫度傳感器的工作原理1掌握單片機(jī)最DS18B20溫度傳感器進(jìn)行讀寫控制的方法2對照DS18B20溫度傳感器的數(shù)據(jù)手冊，理解對其進(jìn)行寫和讀軟件編制方法3

項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)功能演示

項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計1項目設(shè)計目標(biāo)與任務(wù)系統(tǒng)方案選擇和論證23系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與制作系統(tǒng)軟件程序設(shè)計與調(diào)試45系統(tǒng)的調(diào)試6項目擴(kuò)展任務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)流程

項目設(shè)計目標(biāo)與任務(wù)1.項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計1）項目目標(biāo)了解DS18B20溫度傳感器的工作原理。掌握單片機(jī)最DS18B20溫度傳感器進(jìn)行讀寫控制的方法。對照DS18B20溫度傳感器的數(shù)據(jù)手冊，理解對其進(jìn)行寫和讀軟件編制方法。在完成以上4點目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)“項目擴(kuò)展任務(wù)”中提出的問題和要求，以組或個人為單位，在規(guī)定時間里完成擴(kuò)展項目任務(wù)。

項目設(shè)計目標(biāo)與任務(wù)1.項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計2）項目任務(wù)在基于單片機(jī)的溫度報警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)以下功能：（1）能夠?qū)崟r檢測室溫溫度，并能顯示當(dāng)前溫度值，只顯示整數(shù)。（2）可以手動調(diào)節(jié)溫度的上限和下限值，每次增加或減少1℃。（3）當(dāng)溫度達(dá)到或超過限值，則報警。

項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計2.系統(tǒng)方案選擇和論證芯片選擇和論證系統(tǒng)方案設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計1、單片機(jī)芯片的選擇方案和論證這里我們需要選擇的單片機(jī)需要具備的特點如下：高集成度、體積小，可靠性高控制功能強(qiáng)易擴(kuò)展優(yōu)異的性價比方案一：采用STC89C51芯片作為硬件核心。STC89C51內(nèi)部具有8KB、ROM存儲空間，512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2KB的EEPROM存儲空間，與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，STC89C51可以通過串口下載。方案二：采用AT89C51芯片作為硬件核心。AT89C51內(nèi)部具有4KBROM存儲空間，256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，沒有EEPROM存儲空間，與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機(jī)都滿足設(shè)計的需要，但STC89C51相對AT89C51價格便宜，且抗干擾能力強(qiáng)，因此此項目選擇STC89C51。芯片選擇和論證項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計2．溫度傳感器的選擇方案和論證利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器稱為溫度傳感器。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）；2）模擬集成溫度傳感器/控制器；3）智能溫度傳感器。國際上新型溫度傳感器從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。方案一：設(shè)計測溫電路，使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，再將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，就送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。但這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，從硬件設(shè)計的角度上來講，會比較麻煩。方案二：采用美國DALLAS半導(dǎo)體器件公司溫度傳感器DS18B20，其無需經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，直接可以讀取被測溫度。從以上兩種方案不難看出，采用方案二，電路設(shè)計和軟件設(shè)計都會大大簡化，故采用了方案二。芯片選擇和論證項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計3．掉電保持的選擇方案和論證這里的掉電保持是指當(dāng)系統(tǒng)斷電后，系統(tǒng)里設(shè)置的溫度的上下限值不會因為斷電而丟失。

方案一：串行EEPROMI2C-BUS的存儲器件AT24C02具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的特點，利用它實現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄。方案二：利用DS18B20具有一個非易失性電可擦除EEROM，可以用來存儲設(shè)置的溫度的上下限值。從以上兩種方案不難看出，采用方案二，無需再增加額外的器件，可以節(jié)約成本，因此此設(shè)計選擇方案二。芯片選擇和論證項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計總體結(jié)構(gòu)設(shè)計項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計

關(guān)鍵技術(shù)基于單片機(jī)的溫度報警系統(tǒng)在設(shè)計時需要解決以下3個方面的問題：1）理解DS18B20溫度傳感器的工作原理。2）利用單片機(jī)對DS18B20溫度傳感器進(jìn)行讀寫控制的方法。3）對照DS18B20溫度傳感器的數(shù)據(jù)手冊，理解對其進(jìn)行讀和寫的軟件編制方法。項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計1、最小系統(tǒng)模塊的設(shè)計2、按鍵控制模塊的設(shè)計3、發(fā)音模塊的設(shè)計4、電源模塊的設(shè)計系統(tǒng)硬件電路設(shè)計35、數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計6、溫度傳感器模塊的設(shè)計14DS18B20的實物和引腳圖補(bǔ)充：溫度傳感器DS18B20的概述15DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體器件公司在其前代產(chǎn)品DS18B20的基礎(chǔ)上推出的單線數(shù)字化智能集成度傳感器，其特點是：獨特的單線接口，只需1個接口引腳即可通信。不需要額外的外部元件搭建外圍電路即可正常運行。可用數(shù)據(jù)線供電，不需備份電源。測量范圍為-55～+125℃，增量值為0.5℃；等效的華氏溫度范圍是-67～257℉，增量值為0.9℉。以9～12位數(shù)字值方式讀出溫度。在1s典型值內(nèi)，把溫度變換為數(shù)字。用戶可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置。16

主要的優(yōu)點是：1）DS18B20可將被測溫度直接轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能識別的數(shù)字信號輸出。2）DS18B20能提供9～12位溫度讀數(shù)，精度高且其信息傳輸只需1根信號線，與計算機(jī)接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率全部來自于數(shù)據(jù)線，因此不需額外的附加電源。3）每一個DS18B20都含有一個唯一的序列號，這樣的設(shè)計是為了允許多個DS18B20連接到同一總線上，因此非常適合構(gòu)建多點溫度檢測系統(tǒng)。4）負(fù)壓特性。DS18B20的當(dāng)電源極性接反時，它雖然不能正常工作，但也不會因發(fā)熱而燒毀。項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)總體硬件電路4項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)軟件程序設(shè)計1）1.溫度傳感器DS18B20的程序編制方法單總線上每一個器件的使用都是從初始化開始的，初始化的時序是，單片機(jī)首先發(fā)出復(fù)位脈沖，在經(jīng)過一定延時后，一個或多個單總線器件發(fā)出應(yīng)答脈沖，如果單片機(jī)檢測到單總線上有器件存在，就可以發(fā)出傳送ROM命令。具體的傳送ROM命令見下表所示。4項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)軟件程序設(shè)計只有當(dāng)上一表所示的任意一條ROM指令被成功執(zhí)行后，才會執(zhí)行單片機(jī)發(fā)出的訪問被選中器件的存儲和控制命令，這些命令被存放在DS18B20的RAM中，主要實現(xiàn)啟動單總線溫度傳感器DS18B20溫度轉(zhuǎn)換等功能，具體的RAM命令格式見下表所示。項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計1）DS18B20的初始化方法DS18B20要求嚴(yán)格的協(xié)議來確保數(shù)據(jù)傳送的完整性。協(xié)議由幾種單線上的信號類別組成，即：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1。所有這些信號除了存在脈沖之外，均由總線主器件（系統(tǒng)中的STC89C51）產(chǎn)生。下圖給出了DS18B20的初始化復(fù)位脈沖時序圖，當(dāng)主器件開始與從器件DS18B20進(jìn)行通信時，主器件必須先給出復(fù)位脈沖，經(jīng)過給定時間，DS18B20發(fā)出存在脈沖，表示已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或者接收由主器件發(fā)送的ROM命令和存儲器操作命令。/***********ds18b20延遲子函數(shù)（晶振11.0592MHz的11微秒延時函數(shù)）*******/voiddelay_18B20(unsignedintt){ while(t--);}////////////////////////////////////////////////////**********ds18b20初始化函數(shù)**********************/////////////////////////////////////////////////////voidInit_DS18B20(){ unsignedcharx=1;while(x) { while(x) { DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ=0;delay_18B20(50); DQ=1;delay_18B20(6); x=DQ;} delay_18B20(45); x=~DQ;}DQ=1;}項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計2）寫操作時序如下圖所示，當(dāng)主器件把數(shù)據(jù)線從高邏輯電平拉至低邏輯電平時，產(chǎn)生寫時間片。有兩種類型的寫時間片，分別為寫1時間片和寫0時間片，所有時間片必須有最短為60μs的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1μs的恢復(fù)時間。在DQ線由高電平變?yōu)榈碗娖街?，DS18B20在15μs至60μs的時間窗口之間對DQ線采樣，如果DQ線為高電平，寫1就發(fā)生；如果DQ線為低電平，便發(fā)生寫0。/*************ds18b20寫一個字節(jié)****************/voidDS18B20_WriteByte(uchardat)//通過一線制總線向18B20寫一個字節(jié){ unsignedchari=0; for(i=8;i>0;i--)//循環(huán)一個字節(jié)位數(shù) { DQ=1;_nop_();_nop_();//一線制總線置高2μs準(zhǔn)備寫過程 DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //一線制總線置低5μs給出寫過程條件

DQ=val&0x01;delay_18B20(6); //向一線制總線移出最低位并延遲66μs滿足寫數(shù)據(jù)條件 dat=dat/2;//寫字節(jié)右移一位 } DQ=1;delay_18B20(1);//總線置高，完成寫過程}項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計3）讀操作時序如下圖所示，當(dāng)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，主器件產(chǎn)生讀時間片。當(dāng)主器件把數(shù)據(jù)線DQ從邏輯高電平拉至低電平時，產(chǎn)生讀時間片。數(shù)據(jù)線DQ必須保持在低邏輯電平至少1μs；總線控制器（主機(jī)）將總線電平先拉低大于1μs的時間，然后釋放總線。隨后，如果由DS18B20將總線繼續(xù)拉低超過15μs，則讀出的數(shù)據(jù)是0；如果DS18B20將總線繼續(xù)拉低少于15μs，則讀出的數(shù)據(jù)是1。因此總控制器釋放總線超過15μs后隨時都可能由上拉電阻將總線拉到高電平，因此控制器在釋放總線后的15μs內(nèi)采樣總線可以保證讀出數(shù)據(jù)是正確的，如果超過15μs再采樣總線，就有可能采樣到錯誤數(shù)據(jù)。在讀時間片結(jié)束時，I/O引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回至高電平。unsignedcharDS18B20_ReadByte(void){ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=1;_nop_();_nop_(); //一線制總線置高2μs準(zhǔn)備讀過程 dat>>=1; DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //一線制總線置低4μs給出讀過程條件 DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //一線制總線置高4μs準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)位 if(DQ) dat|=0x80;//讀取數(shù)據(jù)位并存入暫存變量 delay_18B20(6);//延遲66μs滿足讀數(shù)據(jù)條件 }DQ=1;//總線置高，完成讀過程 return(dat);//將暫存變量作為函數(shù)的返回值}項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計4）讀取DS18B20當(dāng)前溫度值程序初始化DS18B20向DS18B20寫跳過ROM指令CCH向DS18B20寫啟動溫度轉(zhuǎn)換指令44H初始化DS18B20向DS18B20寫跳過ROM指令CCH向DS18B20寫讀取溫度值指令BEHTL：讀取溫度的低8位；TH：讀取溫度的高8位；htemp：讀取溫度上限；ltemp：讀取溫度下限；延時一段時間延時一段時間voidRead_Temprature(){ Init_DS18B20(); DS18B20_WriteByte(0xCC); //跳過讀序號列號的操作 DS18B20_WriteByte(0x44); //啟動溫度轉(zhuǎn)換delay_18B20(1000); Init_DS18B20(); DS18B20_WriteByte(0xCC); //跳過讀序號列號的操作 DS18B20_WriteByte(0xBE); //讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器）前兩個就是溫度

delay_18B20(1000); TL=DS18B20_ReadByte();//先讀的是溫度值低位 TH=DS18B20_ReadByte();//接著讀的是溫度值高位 htemp=DS18B20_ReadByte();//上限

ltemp=DS18B20_ReadByte();//下限}項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計5）溫度處理程序

該程序的功能將讀取的溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，只保留整數(shù)部分，參考程序如下：unsignedcharTemprature_oper(){unsignedchartemp_value;Read_Temprature();temp_value=TH<<4;temp_value+=(TL&0xf0)>>4;returntemp_value;}項目2溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計6）寫溫度報警值程序該程序的功能是是將設(shè)置的溫度的上下限值寫進(jìn)溫度傳感器DS18B20的內(nèi)部自帶EEPROM里面。參考程序