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1、河南理工大学单片机应用与仿真训练设计报告多机温度检测系统设计姓 名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 所在学院： 2012年 月 日摘要本设计是以 AT89S52单片机为控制核心，利用新型一线制温度传感器 DS18B20测量温度值，实现环境温度的检测和报警。系统测温范围为0100，测量精度为 0.25。用户可以自定义报警上、下限，一旦温度超过极限值，单片机便启动声光报警。该系统精度高、测温范围广、报警及时，可广泛应用于基于单片机的测温报警场合。系统抗干扰性强、设计灵活方便，适合在恶劣的环境下进行温度测量。系统硬件电路包括传感器数据采集、温度显示、模式选择、上、下限报警主电路等。整个装置的控制
2、核心是 AT89S52单片机。温度传感器 DS18B20采用外部电源供电，传感器输出引脚直接和单片机相连。电路支持模式选择功能，可以选择设定报警极限值或显示当前温度值。当被测温度越限时，报警主电路产生声光报警。拨动开关可以对设定报警极限值进行写保护。采用2片单片机，组成多机温度检测系统；下位单片机采集温度，通过串行通信传送至上位单片机；上位单片机用数码管显示温度大小；基本范围0100；精度误差小于0.25；可以任意设定温度的上下限报警功能。关键字：AT89S52单片机 DS18B20温度传感器 数码管 测温报警目录1 概述41.1 设计应用背景41.2 任务和要求51.3系统概述52 系统总体
3、方案及硬件设计72.1 方案比较72.2总体方案72.3 AT89S5282.4时钟晶振电路82.5复位电路92.6数码管显示92.7设置温度上下限电路102.8报警电路112.9温度检测电路122.9.1数字温度传感器DS18B20122.9.2 DS18B20温度检测173 软件设计183.1 概述183.2 主程序方案183.3 DS18B20的相处理子程序193.3.1初始化子程序193.3.3读出温度子程序193.3.4温度转换子程序203.4工作流程图203.4.1 上位机工作过程203.4.2DS18B20工作过程213.4.3 下位机接收过程223.5上位机与从机通信软件设计2
4、23.5.1 多机通信软件原理233.5.2 主机数据发送程序233.5.3 从机数据接收程序244 Proteus软件仿真254.1仿真初始254.2系统达到设定值报警255课程设计体会27参考文献27附录28附1：源程序代码28附2：系统原理图331 概述1.1 设计应用背景在现代社会，不管是在工、农业生产还是在人们的日常生活中，对温度的测量及控制都扮演着很重要的角色。首先让我们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
5、设备温度过热测。温度检测系统应用十分广阔。单片机的产生，使计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统的分支。温度检测系统的应用遍布社会生活的各个层面。1.2 任务和要求任务：设计多机温度检测系统，实时检测温度。基本要求：（1）采用2片单片机，组成多机温度检测系统；（2）下位单片机采集温度，通过串行通信传送至上位单片机；（3）上位单片机用数码管显示温度大小。（4）基本范围0100（5）精度误差小于0.51.3系统概述本设计运用主从分布式思想，由上位机，下位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。通过上位机控制下位机进行现场温度采集。温度值由下位机单独工作，实时显示当前
6、各点的温度值，对各点进行控制。上位机采用的是单片机基于数字温度传感器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。总体上该系统分为两部分：所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：上位机温度采集发送系统和下位机数码管显示报警系统。上位机温度采集发送系统由温度检测模块、上位机控制模块、发送放大模块三部分组成，如图1-1所示温度测量系统的系统框图：发送放大模块上位机控制模块温 度采 集 图1-1温度测量系统框图下位机数码管显示报警系统：下位机系统的主要功能是接受上位机发送过来的温度数据
7、，与报警温度进行比较，判断是否发送报警信号，并同时直接驱动四位八段数码管进行显示。上位机系统由串口接收模块、处理控制模块、数码管显示模块和报警模块四部分组成，如图1-2上位机系统框图：数码管显示处理控制串口接收报警控制模块 图1-2下位机系统框图2 系统总体方案及硬件设计2.1 方案比较方案一：此方案采用PC机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。且人机交互友好。但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。需要通过RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。方案二：此方案采用两片AT89S52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种
8、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，下位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。经过比较，采用两片AT89S52单片机可以出色完成各项设计要求，而且结构简单，程序调试方便，具有很好的应用前景。2.2总体方案该数字温度检测系统由电源电路、晶振电路、复位电路、下载电路、单片机、数字显示电路、温度测量电路、报警电路和控制电路组成。可以实现基本范围为0100的温度测量和任意设置温度上下限。当所设置的温度高于温度的上限或者低于温度所设置的下限时可通过发
9、光二极管进行报警。系统总体方案图如下：单 片 机 控 制 系 统LED 显 示复 位 电 路报 警 显 示时 钟 电 路按 键 控 制 电 路温 度 传 感图2-2系统总体方案图2.3 AT89S52AT89S52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方
10、案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.4时钟晶振电路时钟晶振电路模块为单片机提供特定的时钟周期，以备单片机工作使用。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器的输
11、入与输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在两引脚上外接时钟源即可构成时钟电路。其电路图如下图2-4所示：图2-4晶振电路2.5复位电路系统的复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R1/R2分别采用1k、10k的阻值，电容采用电容值为10F的电解电容。具体连接电路如图2-5所示：图2-5复位电路2.6数码管显示设计中用到的数码管为：5461AS 四位共阴极二极管显示器 12345678 是阴极公共端，也是位码，ABCDEFG DP是段码。LED的驱动电路简单，使用方便，具有耗电少、成本低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、使用寿命长等优点。LED数码管与单片机的接口按显示方法
12、可分为静态显示和动态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据送出后就不再控制LED，直到下一次显示时再传送一次新的数据。只要当前显示的数据没有变化，就无须理睬数码显示管。静态显示的数据稳定，占用的CPU时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独具有琐存功能的I/O口，该接口用于笔画段字型代码。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段（ag和dp）同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立接受I/O线控制。CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受相同的字型码，但究竟使那一位则由I/O线决定。动态扫描用分时的方流控制每个显示器的COM端，
13、使每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。这里用的是动态扫描显示。如图2.6.1所示：图2-6.1四位数码管CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接收到相同的字型码，但究竟是使用哪个显示器，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，由单片机程序设定何时显示哪一位。2.7设置温度上下限电路温度的上下限可以通过按键进行设置。温度上下限设置电路如图2-7所示：图2-7设置温度上下限电路2.8报警电路电路采用的是二极管发光报警电路，当温度达到设定上下限时二极管发光报警。在图中，P1.0接
14、二极管负极。当P1.0输出低电平“0”时，二极管D1导通，二极管D1获得足够大的电压而发光；当P1.0输出高电平“1”时，二极管D1不亮。另一个二极管的原理和它一样，二者分别控制上下限报警。电路图如下图2-8所示：图2-8 报警电路2.9温度检测电路2.9.1数字温度传感器DS18B20DS18B20一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口少，可节省大量的引线和逻辑电路。、DS18B20的主要特性、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。、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。、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。、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
