基于ds18b20多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)畢業(yè)論文_第1頁(yè)
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1、<p>  畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)</p><p>  基于DS18B20的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>  所 屬 系 電子工程系 </p><p>  專 業(yè) 自動(dòng)化 </p><p>  學(xué) 號(hào) 01208163 </p>

2、<p>  姓  名 </p><p>  指導(dǎo)教師 </p><p>  起訖日期 2011.4 --- 2011.5 </p><p>  設(shè)計(jì)地點(diǎn) </p><p><b>  目 錄<

3、/b></p><p>  摘要………………………………………………………………3</p><p>  Abstract …………………………………………………………4</p><p>  第一章 緒 論 ……………………………………………………5</p><p>  §1.1 系統(tǒng)背景 ………………………………

4、………………………………5</p><p>  §1.2 系統(tǒng)概述 …………………………………………………………………5</p><p>  第二章 方案論證 ………………………………………………6</p><p>  §2.1 傳感器部分 ………………………………………………………………6</p><p>  &

5、#167;2.2主控制部分 ………………………………………………………………7</p><p>  §2.3 系統(tǒng)方案 ………………………………………………………………7</p><p>  第三章 硬件電路設(shè)計(jì) …………………………………………8</p><p>  §3.1 電源以及看門狗電路………………………………………………

6、………8</p><p>  §3.2鍵盤以及顯示電路………………………………………………………10</p><p>  §3.2溫度測(cè)試電路 ……………………………………………………………12</p><p>  §3.3 串口通訊電路 ……………………………………………………………16</p><p>

7、;  §3.4 整體電路 …………………………………………………………………17</p><p>  第四章軟件設(shè)計(jì)………………………………………………17</p><p>  §4.1 概述 ………………………………………………………………………17</p><p>  §4.2 主程序方案 ………………………………………

8、………………………17</p><p>  §4.3 各模塊子程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………19</p><p>  第五章系統(tǒng)調(diào)試………………………………………………21</p><p>  §5.1 分步調(diào)試 ………………………………………………………………21</p><p>  

9、7;5.2 統(tǒng)一調(diào)試 ………………………………………………………………21</p><p>  結(jié)束語(yǔ) …………………………………………………………22</p><p>  參考文獻(xiàn) ………………………………………………………23</p><p>  附錄一:軟件流程圖 ……………………………………………25</p><p>  

10、附錄二:電路原理圖 ……………………………………………26</p><p>  致謝 ………………………………………………………………30</p><p><b>  摘要</b></p><p>  DS18B20是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器,由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò),并可使多點(diǎn)溫度測(cè)量電路變得簡(jiǎn)單

11、、可靠。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn),介紹了DS18B20數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程,并給出了軟件流程圖。</p><p>  該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)并提供標(biāo)準(zhǔn)RS232通信接口,芯片使用了ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)和DALLAS公司的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。上位機(jī)部分使用了通用PC。該系統(tǒng)可應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)測(cè)溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等領(lǐng)域。</p

12、><p>  關(guān)鍵字:溫度測(cè)量;單總線;數(shù)字溫度傳感器;單片機(jī)</p><p><b>  Abstract</b></p><p>  As a kind of high-accuracy digital net temperature sensor,DS18 B20 can be used building a sensor net easil

13、y. It can also make the net simple and reliable with it's special 1-wire interface .This paper introduces the application of DS18B20 with single chip processor.</p><p>  Thesystem is constituted by two

14、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 appl

15、ied in such domains as warehouse detecting temperature;air-conditioner controlling system in building and supervisory productive process etc.</p><p>  Key words:temperature measure;single bus;digital thermom

16、eter;single chip processor;</p><p><b>  緒 論</b></p><p><b>  §1.1系統(tǒng)背景</b></p><p>  在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中,對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域:消防電氣的非破壞性

17、溫度檢測(cè),電力、電訊設(shè)備之過(guò)熱故障預(yù)知檢測(cè),空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè),各類運(yùn)輸工具之組件的過(guò)熱檢測(cè),保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用,醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試,化工、機(jī)械…等設(shè)備溫度過(guò)熱檢測(cè)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。</p><p><b>  §1.2 系統(tǒng)概述</b></p><p>  本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想,由一臺(tái)上位機(jī)(PC微型計(jì)算機(jī)),下位機(jī)(單片機(jī))多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)

18、采集,組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)上位機(jī)(PC)控制下位機(jī)(單片機(jī))進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集。溫度值既可以送回主控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,由顯示器顯示。也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值,對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行控制。</p><p>  下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)。DS18B20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量,輕松的組建傳感

19、器網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便,而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。如糧食倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、溫控制程生產(chǎn)線之溫度影像檢測(cè)、醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)、石化、機(jī)械…等。</p><p><b>  方案論證</b></p><p>  溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn):測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布

20、線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào),則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路,才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣,由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差;又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響,會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分:溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大,也高居各類

21、傳感器之首。</p><p>  §2.1 傳感器部分</p><p><b>  方案一:</b></p><p>  采用熱敏電阻,可滿足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍,但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差,對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比如AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模

22、擬信號(hào),必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī),這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外,這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器,不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量.即使能實(shí)現(xiàn),也要用到復(fù)雜的算法,一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。</p><p><b>  方案二:</b></p><p>  在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,而為了獲得較高的測(cè)溫精度,就

23、必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸,多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問(wèn)題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度,輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制,省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定,它能用做工業(yè)測(cè)溫元件,此元件線形較好。在0—100攝氏度時(shí),最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸,由數(shù)字溫度計(jì)DS1820和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫

24、度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單,體積也不大,且由于AT89C51可以帶多個(gè)DSB1820,因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量.輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。</p><p>  采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度,可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成,使總體電路更簡(jiǎn)潔,搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且,集成塊的使用,有效地避免外界的干擾,提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電

25、路發(fā)展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片,也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。</p><p><b>  §2.2主控制部分</b></p><p><b>  方案一:</b></p><p>  此方案采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。它可在線編程,可在線仿真的功能,這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是PC機(jī)輸出信號(hào)不能直接與DS18B20

26、通信。需要通過(guò)RS232電平轉(zhuǎn)換兼容,硬件的合成在線調(diào)試,較為繁瑣,很不簡(jiǎn)便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合,PC機(jī)的體積大,攜帶安裝不方便,性能不穩(wěn)定,給工程帶來(lái)很多麻煩!</p><p><b>  方案二:</b></p><p>  此方案采用AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大,可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小,硬件實(shí)現(xiàn)

27、簡(jiǎn)單,安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20控制工作,還可以與PC機(jī)通信.運(yùn)用主從分布式思想,由一臺(tái)上位機(jī)(PC微型計(jì)算機(jī)),下位機(jī)(單片機(jī))多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集,組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外AT89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用,編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。</p><p>  §2.3 系統(tǒng)方案</p><p>  綜上所述,溫

28、度傳感器以及主控部分都采用第二方案。</p><p>  系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少,系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn),運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS-232串行通訊的標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)下位機(jī)(單片機(jī))進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集,溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示,也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,具有巡檢速度快,擴(kuò)展性好,成本低的特點(diǎn)。</p><

29、;p>  實(shí)際采用電路方案如下圖:</p><p>  第三章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>  系統(tǒng)底層電路的功能主要包括:多點(diǎn)溫度測(cè)試及其相關(guān)處理,實(shí)時(shí)顯示溫度信息,與上位機(jī)通訊傳輸溫度數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊:電源以及看門狗電路, 鍵盤以及顯示電路,溫度測(cè)試電路,串口通訊電路。下面對(duì)電路分模塊進(jìn)行說(shuō)明</p><p>  §3.1 電

30、源以及看門狗電路</p><p><b>  a.電源電路</b></p><p>  因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V,且底層電路功耗很小。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。</p><p><b>  具體電路圖如下:</b></p><p><b>  b.看門狗電路</b>

31、</p><p>  考慮到底層電路板的工作環(huán)境相對(duì)惡劣,單片機(jī)會(huì)受到周圍環(huán)境的干擾,而出現(xiàn)程序跑飛,死機(jī)…等一些不可預(yù)知的不正常工作現(xiàn)象。工作人員也不可能到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)單片機(jī)重起,本設(shè)計(jì)為單片機(jī)電路添加一個(gè)外部看門狗電路。定時(shí)查詢單片機(jī)的工作狀態(tài),一但發(fā)現(xiàn)異常即對(duì)單片機(jī)延時(shí)重起。保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。</p><p>  NE56604能為多種微處理器和邏輯系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào),其門限電平為4.

32、2V 。在電源突然掉電或電源電壓下降到低于門限電平時(shí)。NE56604將產(chǎn)生精確的復(fù)位信號(hào)。NE56604內(nèi)置一個(gè)看門狗定時(shí)器,用于監(jiān)控微處理器,以確保微處理器的正常運(yùn)行。看門狗能產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)用來(lái)終止任何由于微處理器故障而引發(fā)的不正常的系統(tǒng)操作。NE56604的看門狗的監(jiān)控周期為100mS(典型值)。</p><p><b>  特性</b></p><p> 

33、 .正負(fù)雙邏輯輸出的有效復(fù)位信號(hào)。</p><p>  .精準(zhǔn)的門限電平監(jiān)測(cè)。</p><p>  .上電復(fù)位內(nèi)部延時(shí)。</p><p>  .可利用外部電阻調(diào)節(jié)的內(nèi)部看門狗定時(shí)器。</p><p>  .看門狗定時(shí)器的監(jiān)控周期為100mS 典型值。</p><p>  .VCC=0.8VDC時(shí)產(chǎn)生有效的復(fù)位信號(hào)典型值

34、。</p><p>  .僅需很少的外圍元件。</p><p><b>  具體電路圖如下:</b></p><p>  §3.2鍵盤以及顯示電路</p><p><b>  鍵盤電路</b></p><p>  單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專

35、一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。鍵盤有編碼和非編碼兩種。非編碼鍵盤硬件電路極為簡(jiǎn)單。故本系統(tǒng)采用撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)控制。具體電路如下:</p><p>  A. 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入</p><p>  鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。一種是軟件去抖動(dòng):它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí),執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后,再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平,如保持閉合狀

36、態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下?tīng)顟B(tài),從而消除了抖動(dòng)影響。另一種為硬件去抖動(dòng):即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。兩種方法都簡(jiǎn)單易行,本設(shè)計(jì)采用的是硬件去抖。</p><p>  B. 對(duì)按鍵進(jìn)行編碼給定鍵值或給出鍵號(hào)</p><p>  對(duì)于按鍵無(wú)論有無(wú)編碼,以及采用什么編碼,最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值,以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的散轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移。為使編碼間隔小,散轉(zhuǎn)入口地址安排方便,常采用依次序排列的鍵

37、號(hào)。</p><p>  C. 選擇鍵盤監(jiān)測(cè)方法</p><p>  對(duì)是否有鍵按下的信息輸入方式有中斷方式與查詢方式兩種。本設(shè)計(jì)采用的查詢法,即在在CPU空閑時(shí)調(diào)用鍵盤掃描子程序。</p><p><b>  溫度顯示電路</b></p><p>  設(shè)計(jì)采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示,兩種方法

38、在本設(shè)計(jì)中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片,考慮到電路板成本計(jì)算。本人采用是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成顯示功能。顯示數(shù)據(jù)由4511譯碼器輸出,ULN2003為位驅(qū)動(dòng)掃描信號(hào)。</p><p><b>  具體電路圖如下:</b></p><p>  §3.2溫度測(cè)試電路</p><p>  這里我們用到

39、溫度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳TO-92小體積封裝形式。測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入,也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。</p><p>  DS18B20支持“一線總線”接口,測(cè)量溫度

40、范圍為 -55°C~+125°C,在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C?,F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。</p><p>  DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1) DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。</p><p> 

41、 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>  DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件:① 64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、48位序列號(hào)和8位家族代碼(28H)組成。</p><p><b> ?、?溫度靈敏元件。</b></p><p>  ③ 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL??赏ㄟ^(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。&

42、lt;/p><p> ?、?配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。DS18B20在0工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值,其各位定義如圖所示。</p><p>  其中,TM:測(cè)試模式標(biāo)志位,出廠時(shí)被寫(xiě)入0,不能改變;R0、R1:溫度計(jì)分辨率設(shè)置位,其對(duì)應(yīng)四種分辨率如下表所列,出廠時(shí)R0、R1置為缺省值:R0=1,R1=1(即12位分辨率),用戶可根據(jù)需要改寫(xiě)配

43、置寄存器以獲得合適的分辨率。</p><p>  配置寄存器與分辨率關(guān)系表 :</p><p>  (2) 高速暫存存儲(chǔ)器</p><p>  高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成,其分配如下圖所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后,經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù),讀取時(shí)低位在前,高位在后,數(shù)據(jù)格式如圖所示。對(duì)應(yīng)

44、的溫度計(jì)算:當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí),直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)S=1時(shí),先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a,再計(jì)算十進(jìn)制值。</p><p>  溫度值格式圖DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表:</p><p>  典型對(duì)應(yīng)的溫度值表:</p><p>  DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式,DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來(lái)完成。</p><p>  

45、硬件連接電路如下圖:</p><p>  本系統(tǒng)為多點(diǎn)溫度測(cè)試。DS18B20采用外部供電方式,理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)DS18B20,但時(shí)間應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。另外單總線長(zhǎng)度也不宜超過(guò)80M,否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式,用單片機(jī)的多個(gè)I/O來(lái)驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I/O口線直

46、接和電源相連,起到上拉的作用。</p><p>  對(duì)DS18B20的設(shè)計(jì),需要注意以下問(wèn)題</p><p> ?。?)對(duì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行操作,需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行,讀、寫(xiě)時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫(xiě)。尤其在使用DS18B20 的高測(cè)溫分辨力時(shí),對(duì)時(shí)序及電氣特性參數(shù)要求更高。</p>

47、<p> ?。?)有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí),應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示,進(jìn)行自動(dòng)DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序,以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。</p><p> ?。?)測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4 芯雙絞線,其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線,另一組接VCC和地線,屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí),應(yīng)將其三線焊接牢固;在兩線應(yīng)用時(shí),應(yīng)將VCC與GND接在一起,焊接牢固。若VCC脫開(kāi)未接,傳感器只送8

48、5.0 ℃的溫度值。</p><p>  (4)實(shí)際應(yīng)用時(shí),要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力,不能掛接過(guò)多的DS18B20,同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>  §3.3 串口通訊電路</p><p>  AT89C51有一個(gè)全雙工的串行通訊口,所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件

49、,比如電腦的串口是RS232電平的,而單片機(jī)的串口是TTL電平的,兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路,我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換,雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換,但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。</p><p><b>  具體電路如下:</b></p><p>  我們采用了三線制連接串口,也就是說(shuō)和電腦的9針串口只連接其中的3根線:第5腳的GND、第2腳

50、的RXD、第3腳的TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法,但是對(duì)本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了,電路如上圖所示。通信線采用交叉接法,即兩者信號(hào)線對(duì)應(yīng)成為R—T,T—R。 </p><p><b>  具體連接電路如下:</b></p><p><b>  §3.4 整體電路</b></p><p>  見(jiàn)附件二(電路原理圖)&l

51、t;/p><p><b>  軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>  §4.1 概述</b></p><p>  整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)硬件基本定型后,軟件的功能也就基本定下來(lái)了。從軟件的功能不同可分為兩大類:一是監(jiān)控軟件(主程序),它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,專門用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者

52、的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件(子程序),它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出,并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后,就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。</p><p>  首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu),然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求,合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。</p>

53、<p>  §4.2 主程序方案</p><p>  主程序調(diào)用了4個(gè)子程序,分別是數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描以及按鍵處理程序、溫度測(cè)試程序、中斷控制程序、單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊程序。</p><p>  鍵盤掃描電路及按鍵處理程序:實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識(shí)別及相關(guān)處理。</p><p>  溫度測(cè)試程序:對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,進(jìn)行判斷和

54、顯示。</p><p>  數(shù)碼管顯示程序:向數(shù)碼的顯示送數(shù),控制系統(tǒng)的顯示部分。</p><p>  中斷控制程序:實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示功能。</p><p>  串口通訊程序:實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)通訊,將溫度數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)。</p><p>  將各個(gè)功能程序以子程序的形式寫(xiě)好,當(dāng)寫(xiě)主程序的時(shí)候,只需要調(diào)用子程序,然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整,

55、消除寄存器沖突和I/O沖突即可。程序應(yīng)該盡可能多的使用調(diào)用指令代替跳轉(zhuǎn)指令。因?yàn)樘D(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。而調(diào)用指令則不同,調(diào)用指令使得程序結(jié)構(gòu)清晰,無(wú)論是修改還是維護(hù)都比較方便。將功能程序段寫(xiě)成子程序的形式,除了方便調(diào)用之外,還有一個(gè)好處那就是以后寫(xiě)程序的時(shí)候如果要用到,就可以直接調(diào)用這個(gè)單元功能模塊。</p><p>  主程序流程圖如右圖:</p><p>  

56、§4.3 各模塊子程序設(shè)計(jì)</p><p>  下面對(duì)主要幾個(gè)子程序的流程圖做介紹:</p><p> ?。?)溫度測(cè)試子程序設(shè)計(jì)</p><p>  見(jiàn)附錄一:溫度測(cè)試子程序流程圖</p><p> ?。?)中斷控制程序設(shè)計(jì)</p><p><b>  如右圖:</b></p&g

57、t;<p> ?。?)串口通信程序設(shè)計(jì)</p><p>  本次通訊中,測(cè)控系統(tǒng)分位上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信,系統(tǒng)中單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和控制,上位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可視化檢測(cè),通信協(xié)議采用半雙工異步串行通信方式,通過(guò)RS232的RTS信號(hào)進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換,傳輸數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制數(shù)據(jù),上位機(jī)與下位機(jī)之間采用主從式通訊。本人采用的VB環(huán)境下PC機(jī)與單片機(jī)之間實(shí)現(xiàn)串行通訊的軟硬件方案。VB是Microsoft公司推

58、出的Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具,因其具有界面友好,編程簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的使用,而且Visual Basic 6.0 版本帶有專門實(shí)現(xiàn)串行通訊的MSCOMM控件。</p><p>  MSComm控件串口具有完善的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能。通過(guò)此控件,PC機(jī)可以利用串行口與其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)輕松連接,簡(jiǎn)單高效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通訊。此控件的事件響應(yīng)有兩種處理方式。事件驅(qū)動(dòng)方式:由MSComm控件的OnComm事件捕

59、獲并處理通訊錯(cuò)誤及事件;查詢方式:通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)判斷事件和錯(cuò)誤。 </p><p>  1) MSComm控件的主要屬性和方法 </p><p>  a. CommPort:設(shè)置或返回串行端口號(hào),其取值范圍為1—99,缺省為1 </p><p>  b. Setting:設(shè)置或返回串行端口的波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位。 &#

60、160; </p><p>  c. PortOpen:打開(kāi)或關(guān)閉串行端口。 </p><p>  d. RThreshold:該屬性為一閥值,它確定當(dāng)接收緩沖區(qū)內(nèi)字節(jié)個(gè)數(shù)達(dá)到或超過(guò)該值后就產(chǎn)生MSComml-OnComm事件。 </p><p>  e. Input:從接收緩沖區(qū)移走一串字符。 </p><p>  f. Outp

61、ut:向發(fā)送緩沖區(qū)傳送一字符串。 </p><p><b>  軟件流程圖如下:</b></p><p><b>  單片機(jī)程序流程圖</b></p><p><b>  PC通訊程序流程圖</b></p><p>  參數(shù)設(shè)定:通信端口選擇COM1,波特率設(shè)定為1200B/S

62、</p><p>  MSCOmm.CommPort=1</p><p>  MSComm.Setting=“1200, n, 8, 1”。 </p><p>  START:MOVSP,#60H</p><p>  MOVTMOD,#20H</p><p>  MOVTH1,#0E6H</p>

63、;<p>  MOVTL1,#0E6H ;1200B/S,晶振為12MHZ</p><p>  MOV PCON,#00H</p><p>  MOVSCON,#50H</p><p><b>  SETBTR1</b></p><p><b>  系統(tǒng)調(diào)試</b>&l

64、t;/p><p><b>  §5.1 分步調(diào)試</b></p><p><b>  1、測(cè)試環(huán)境及工具</b></p><p>  測(cè)試溫度:0~100攝氏度。(模擬多點(diǎn)不同溫度值環(huán)境)</p><p>  測(cè)試儀器及軟件:數(shù)字萬(wàn)用表,溫度計(jì)0~100攝氏度,串口調(diào)試助手。</p>

65、;<p><b>  測(cè)試方法:目測(cè)。</b></p><p><b>  2、測(cè)試方法</b></p><p>  使系統(tǒng)運(yùn)行,觀察系統(tǒng)硬件檢測(cè)是否正常(包括單片機(jī)最小系統(tǒng),鍵盤電路,顯示電路,溫度測(cè)試電路等)。系統(tǒng)自帶測(cè)試表格數(shù)據(jù),觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。</p><p>  采用溫度傳感器和溫度計(jì)同

66、時(shí)測(cè)量多點(diǎn)水溫變化情況(取溫度值不同的多點(diǎn)),目測(cè)顯示電路是否正常。并記錄各點(diǎn)溫度值,與實(shí)際溫度值比較,得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。</p><p>  使用串口調(diào)試助手與單片機(jī)通訊,觀察單片機(jī)與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。</p><p><b>  3、測(cè)試結(jié)果分析</b></p><p>  自檢正常,各點(diǎn)溫度顯示正常,串口傳輸數(shù)據(jù)正確。</p

67、><p>  因?yàn)樾酒撬芰戏庋b,所以對(duì)溫度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高,需要一個(gè)很短的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。</p><p><b>  §5.2 統(tǒng)一調(diào)試</b></p><p>  將硬件及軟件結(jié)合起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)試。實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)通訊,兩者可以實(shí)時(shí)更新顯示各點(diǎn)溫度值。</p><p><b>  結(jié)

68、束語(yǔ)</b></p><p>  AT89C51的時(shí)鐘為12M,I/O口可達(dá)32個(gè),高的時(shí)鐘頻率和豐富的I/O,都為實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。同時(shí)也AT89C51內(nèi)含4KB FLASH ROM,開(kāi)發(fā)環(huán)境友好,易用,方便,大大加快本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。撥碼開(kāi)關(guān)的使用,使操作更為簡(jiǎn)潔,易懂。實(shí)時(shí)顯示電路的設(shè)計(jì),使溫度信息更迅速,直觀地發(fā)布。本制作的設(shè)計(jì)中使用了傳感器的只是插座電路,因此,該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性

69、很強(qiáng)。整個(gè)系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)單、可靠,系統(tǒng)成本低。</p><p>  致此本人設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)期的目標(biāo),系統(tǒng)在硬件自動(dòng)測(cè)試,鍵盤操作,實(shí)時(shí)顯示方面做的比較好。但是由于時(shí)間倉(cāng)促、條件有限,設(shè)計(jì)成果并不是很完美,還存在下面問(wèn)題:串口通訊不穩(wěn)定,未對(duì)溫度數(shù)值統(tǒng)計(jì)處理以及存儲(chǔ)。我準(zhǔn)備在今后的工作過(guò)程中進(jìn)一步完善此設(shè)計(jì)。 </p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p&g

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79、;</p><p>  附錄一:溫度測(cè)試子程序流程圖</p><p><b>  附錄二:電路原理圖</b></p><p><b>  致 謝</b></p><p>  本設(shè)計(jì)能夠順利的完成得到了院系領(lǐng)導(dǎo)老師的大力支持和幫助,尤其是我的指導(dǎo)老師xx,在百忙之中抽出寶貴的休息時(shí)間,仔細(xì)耐心為我為

80、我指導(dǎo)。設(shè)計(jì)過(guò)程中,xx老師一并幫我分析遇到的種種困難。一直支持,鼓勵(lì)我要有解決問(wèn)題的信心,使設(shè)計(jì)得以順利的完成。在開(kāi)發(fā)的同時(shí),和同學(xué)們之間的相互探討也使我獲益匪淺。在此,對(duì)他們表示由衷的感謝!</p><p>  電子信息技術(shù)日新月異地飛速發(fā)展,人們總是處在不斷學(xué)習(xí)階段,再加上我水平有限,所以本設(shè)計(jì)肯定存在許多不盡如人意的地方,歡迎廣大老師和同學(xué)批評(píng)指正。</p><p>  最后,要感

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