1、* * * *大學(xué)本節(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：數(shù)字多路溫度采集系統(tǒng)學(xué)生姓名：* *學(xué)生編號(hào)。2007*系：電子工程學(xué)院專業(yè)課：電子信息工程講師姓名和職稱：* * * *高級(jí)工程師起止時(shí)間：2010年10月，2011年5月摘要本設(shè)計(jì)制作了一個(gè)由單片機(jī)控制的數(shù)字多路溫度采集系統(tǒng)。主控制器采用STC89C51單片機(jī)，鍵盤輸入和顯示單元采用發(fā)光二極管鍵盤模塊，溫度由單線溫度傳感器DS18B20采集。實(shí)現(xiàn)了兩路溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過5位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示。單片機(jī)定時(shí)器用于每2秒鐘自動(dòng)切換一個(gè)頻道。同時(shí)，您可以手動(dòng)切換頻道，并通過按鍵為每個(gè)頻道設(shè)計(jì)獨(dú)立的報(bào)警溫度。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、實(shí)時(shí)、方便?？蓴U(kuò)展為

2、使用單總線模式掛接多個(gè)溫度傳感器在多個(gè)場(chǎng)合采集溫度，實(shí)現(xiàn)多個(gè)場(chǎng)合的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控。微控制器；溫度傳感器；定時(shí)器摘要本設(shè)計(jì)制作了微機(jī)控制數(shù)字多路溫度采集系統(tǒng)。采用STC89C51單片機(jī)作為主控制器，采用發(fā)光二極管鍵盤模塊作為鍵盤輸入和顯示單元，通過第一系統(tǒng)溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度的采集。實(shí)現(xiàn)了雙向溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過五個(gè)數(shù)字發(fā)光二極管實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)定時(shí)器每隔2s自動(dòng)切換一個(gè)通道。同時(shí)可以通過按鈕手動(dòng)切換通道和方式，為每個(gè)通道設(shè)計(jì)獨(dú)立的溫度報(bào)警。該系統(tǒng)具有成本低、實(shí)時(shí)方便的優(yōu)點(diǎn)。可以擴(kuò)展到使用單總線模型鉸接多個(gè)溫度傳感器采集多個(gè)溫度的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度場(chǎng)合的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。關(guān)鍵詞：微型

3、計(jì)算機(jī)；溫度傳感器；微控制器定時(shí)器目錄1.導(dǎo)言11.1數(shù)字多通道溫度采集系統(tǒng)概述11.2多通道溫度采集系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例11.3設(shè)計(jì)任務(wù)22.總體方案設(shè)計(jì)和分析32.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本框圖和原理32.2溫度傳感器4的選擇2.2.1 JWB集成溫度傳感器42.2.2美國(guó)MEAS公司4的溫度傳感器2.2.3美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的溫度傳感器42.3 ds18b 20簡(jiǎn)介52 . 3 . 1 ds18b 20 5的性能特征2.3.2 DS18B20電源模式62.3.3溫度采集電路結(jié)構(gòu)72.4微控制器8的選擇和介紹3.硬件電路設(shè)計(jì)103.1系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)103.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)113.3單片機(jī)12的復(fù)位

4、電路設(shè)計(jì)3.4振蕩器電路模塊13的設(shè)計(jì)3.5按鍵調(diào)整電路設(shè)計(jì)143.6溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)143.7單片機(jī)15輸入輸出端口功能描述4.單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)154.1開發(fā)工具和軟件語言154.2單片機(jī)軟件流程164.3多通道溫度采集流程設(shè)計(jì)174.3.1處理順序184.3.2定時(shí)信號(hào)184.4定時(shí)器中斷子功能設(shè)計(jì)流程224.5關(guān)鍵調(diào)整模塊流程235.測(cè)試結(jié)果和分析265.1測(cè)試工具265.2數(shù)據(jù)測(cè)試265.3數(shù)據(jù)處理和分析276.摘要28參考文獻(xiàn)29致謝29附錄301.介紹1.1數(shù)字多路溫度采集系統(tǒng)概述溫度是工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最基本的參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要檢測(cè)和監(jiān)控溫度。微機(jī)用于溫度檢測(cè)、顯示、

5、信息存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)控制。它在提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能源方面發(fā)揮著重要作用。鑒于在許多工業(yè)環(huán)境中，通常需要測(cè)量幾十個(gè)以上的點(diǎn)。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C51單片機(jī)的多通道溫度檢測(cè)與顯示系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各通道獨(dú)立的蜂鳴器報(bào)警功能。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)成為主體。將計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合的數(shù)字多路溫度采集系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。這些數(shù)字多通道溫度采集系統(tǒng)都有自己的微處理器，這些微處理器結(jié)構(gòu)獨(dú)立，可以獨(dú)立測(cè)試，使用靈活方便。在工業(yè)應(yīng)用中，溫度檢測(cè)和控制是直接和安全的。1.2多通道溫度采集系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例圖1。系統(tǒng)模擬圖圖1是公司的多通道溫度采集系統(tǒng)的模擬圖。系統(tǒng)簡(jiǎn)介如下：分布式系統(tǒng)由

6、上、中、下三層組成。下層為溫度采集單元，用于采集各采樣點(diǎn)的溫度并顯示實(shí)時(shí)溫度。中層為信號(hào)采集單元，配有工業(yè)數(shù)據(jù)采集模塊，通過485遠(yuǎn)程通信總線實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)之間的信息傳輸和各溫濕度采樣點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)的定時(shí)采集和采集，并通過RS485實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)。上位機(jī)為工控機(jī)，配有顯示和打印設(shè)備，人機(jī)界面良好，操作方便。它可以實(shí)時(shí)顯示和打印采樣點(diǎn)的溫濕度、各采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)曲線、實(shí)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)、歷史記錄、數(shù)據(jù)表和高低值報(bào)警，并可以根據(jù)用戶要求查詢各采樣點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)硬件采用以某公司工業(yè)控制部為代表的臺(tái)灣研華工業(yè)控制產(chǎn)品，包括數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面、通信模塊等。因此它可以確保更好的穩(wěn)定性和最佳的性價(jià)比

7、。系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)：以工業(yè)組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)穩(wěn)定，界面簡(jiǎn)單，人機(jī)交互方便，具有自動(dòng)接收、人工查詢、圖表打印、自動(dòng)監(jiān)控、曲線、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、管理、登錄等功能。如圖2所示；具有高低值報(bào)警功能，報(bào)警值可由用戶設(shè)定；您可以打印各種狀態(tài)的報(bào)告和查詢數(shù)據(jù)，如圖3所示。采樣點(diǎn)的儀器上有溫濕度顯示，供現(xiàn)場(chǎng)參考。此外，還可以根據(jù)用戶的不同需求添加相應(yīng)的功能。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、物流、食品加工、交通運(yùn)輸、酒店、圖書館等需要溫濕度測(cè)量和控制的行業(yè)和場(chǎng)所。圖2組態(tài)軟件操作界面圖3實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示界面1.3設(shè)計(jì)任務(wù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是選擇溫度傳感器作為切入點(diǎn)，通過單片機(jī)處理溫度傳感器的數(shù)據(jù)，反饋到顯示界面，調(diào)用

8、報(bào)警功能子模塊，實(shí)現(xiàn)多種場(chǎng)合下的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的性能指標(biāo)如下：(1)兩個(gè)或多個(gè)溫度采集電路；(2)溫度范圍為-25.0 99.9；(3)溫度精度，誤差小于5%；(4)顯示模塊采用5位數(shù)字發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示。2.總體方案設(shè)計(jì)和分析2.1基本框圖和系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由五個(gè)模塊組成：主控制器、溫度采集電路、溫度顯示電路、報(bào)警控制電路和鍵盤輸入控制電路。數(shù)字多路溫度采集系統(tǒng)的整體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。5V電源原子核的心控制系統(tǒng)盤子STC89C515位數(shù)碼管報(bào)警指示燈(高溫和低溫)4個(gè)鍵盤蜂鳴器報(bào)警溫度傳感器(2條道路)圖4多通道溫度采集系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)以STC89C

9、51單片機(jī)為主控制器，通過溫度傳感器采集外部溫度。采集的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的輸入輸出端口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，主控制器根據(jù)用戶設(shè)定的方式將接收到的數(shù)據(jù)顯示在發(fā)光二極管數(shù)碼管上。此外，用戶可以手動(dòng)選擇要顯示的頻道進(jìn)行觀察變速器模塊安裝在溫度傳感器的接線盒中。傳輸模塊采用專用芯片進(jìn)行放大和線性化，提高了傳感器的測(cè)量精度。冷端不需要補(bǔ)償，負(fù)載容量大，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)。其參數(shù)如表1所示。主要技術(shù)指標(biāo)：電源電壓：24伏直流電輸出形式：4-20ma，0-10ma，0-5v，1 - 5V測(cè)量范圍：根據(jù)所選傳感器的不同而不同導(dǎo)線：導(dǎo)線可分為兩根或三根，導(dǎo)線的電阻值不得超過20歐姆準(zhǔn)確度：1級(jí)、0.5級(jí)和0.25級(jí)

10、儲(chǔ)存環(huán)境：-10-60表1 JWB內(nèi)部熱阻參數(shù)密碼溫度測(cè)量范圍畢業(yè)編號(hào)水平公差tWZP-200 - +500PT100A(0.15+0.002T)B(0.30+0.005T)WZC- 50 - +150CU50(0.30+0.006T)2.2.2美國(guó)MEAS公司的溫度傳感器世界上最好和最高的溫度傳感器是美國(guó)多邊環(huán)境協(xié)定獲得的貝塔熱傳感器和YSI溫度傳感器，這兩種傳感器都專注于具有負(fù)溫度系數(shù)的NTC熱敏電阻，以進(jìn)行精確的溫度測(cè)量。美國(guó)的多邊環(huán)境協(xié)定也獲得了由平面公司生產(chǎn)的熱電堆溫度傳感器，它利用了塞貝克熱效應(yīng)。主要型號(hào)有TS 105、TS 118、TSED-01、天河城-08、TESP-01和T

11、PT 302.2.3美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的溫度傳感器DS18B20是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司引進(jìn)的改進(jìn)型智能溫度傳感器。與熱敏電阻等傳統(tǒng)溫度傳感器相比，DS18B20可以直接讀取被測(cè)溫度，并可以根據(jù)實(shí)際需要通過簡(jiǎn)單編程實(shí)現(xiàn)9-12位數(shù)字值讀取，在93.75毫秒至750毫秒內(nèi)完成相應(yīng)的9-12位數(shù)字值轉(zhuǎn)換.其測(cè)溫精度可達(dá)0.0625/LSB。其溫度測(cè)量范圍為-55 125。因此，本次設(shè)計(jì)選擇了DS18B20。與上述兩家公司的溫度傳感器相比，它具有讀寫操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、設(shè)計(jì)成本低等優(yōu)點(diǎn)。它非常適合這個(gè)設(shè)計(jì)。2.3 ds18b 20的介紹2 . 3 . 1 ds18b 20的性能特征DS18B20的內(nèi)

12、部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻只讀存儲(chǔ)器、溫度傳感器、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器。64位光刻只讀存儲(chǔ)器的位結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。64位序列號(hào)在出廠前被光刻，可視為DS18B20的地址序列號(hào)。前8位(28H)是產(chǎn)品類型標(biāo)簽，接下來的48位是DS18B20本身的序列號(hào)，最后8位是前56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)非易失性電可擦E2PRAM和一個(gè)暫存隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。E2PRAM包括用于存儲(chǔ)高溫和低溫的觸發(fā)器TH和TL，以及結(jié)構(gòu)寄存器。非揮發(fā)性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL可通過軟件寫入用戶報(bào)警的上限和下限。從DS18B20讀取或?qū)懭胄畔⒅恍枰粭l端口

13、線，溫度轉(zhuǎn)換電源來自數(shù)據(jù)總線。總線本身也可以為連接的DS18B20供電，無需額外的電源。暫存內(nèi)存的結(jié)構(gòu)是一個(gè)9字節(jié)的內(nèi)存。前兩個(gè)字節(jié)包含測(cè)量的溫度信息。第3個(gè)和第4個(gè)字節(jié)是第4個(gè)和第1個(gè)字節(jié)的副本，每次上電復(fù)位時(shí)都會(huì)刷新。第5個(gè)字節(jié)是配置寄存器，用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。第6、第7和第8個(gè)字節(jié)仍未使用，顯示所有邏輯1。第9個(gè)字節(jié)讀出前8個(gè)字節(jié)的所有循環(huán)冗余碼，可用于檢查數(shù)據(jù)，從而確保通信數(shù)據(jù)的正確性。表2顯示了第5字節(jié)配置寄存器中每個(gè)位的定義。低5位始終為1，TM為測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20是處于工作模式還是測(cè)試模式；R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)(即設(shè)置分辨率)，R1R0決定

14、分辨率/位溫度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ns在9位分辨率下，精度為0.5/LSB。在10位分辨率下，精度為0.25/LSB。在11位分辨率下，精度為0.125/LSB。在12位分辨率下，精度為0.0625/LSB。轉(zhuǎn)換精度越高，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。為了達(dá)到本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，選擇了9位分辨率。DS18B20采用3引腳TO-92封裝，其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示外部供電模式是DS18B20的最佳工作模式，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，電路簡(jiǎn)單，可開發(fā)穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在外接電源模式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)勢(shì)，即使電源電壓VCC降至3V，測(cè)量精度仍能得到保證。因此，本系統(tǒng)采用外部電源。在外接電源模式下，DS18B20的工作電源由VDD引腳連接。此時(shí)