基于單片機的溫度采集報警系統(tǒng)設(shè)計1

1、學(xué)習中心： 遼寧省奧鵬學(xué)習中心 層 次： ?？破瘘c本科 專 業(yè)： 電氣工程及其自動 年 級： 2011年秋季 學(xué) 號： 111130409977 學(xué) 生： 趙常勝 指導(dǎo)教師： 宋占魁 基于單片機的溫度采集報警系統(tǒng)設(shè)計基于單片機的溫度采集報警系統(tǒng)設(shè)計我國溫度采集發(fā)展現(xiàn)狀我國溫度采集發(fā)展現(xiàn)狀從采集的準確性上看，溫度在化工、冶金、紡織、石油、機械制造、糧食儲存、制藥、煙草等重要領(lǐng)域?qū)囟扔泻芨叩囊?。從整體操作性上看，采集者是否能夠很容易對對應(yīng)的溫度采集點數(shù)據(jù)進行讀取，是否能夠方便地對不同點的溫度進行不同警報設(shè)定等，都是一個系統(tǒng)是否智能的一個重要的體現(xiàn)。從線路簡潔性上看，隨著社會進步，采集的數(shù)據(jù)點越

2、來越多，采集點的增多會帶來大量的數(shù)據(jù)電纜，這不僅帶來布線的復(fù)雜和工作量增大，而且存在斷線和短路等隱患，成本高，易老化，并且給系統(tǒng)的調(diào)試和維護增大了難度。隨著科技的不斷發(fā)展，智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢: (l)提高測溫精度和分辨力; (2)增加測試功能。本設(shè)計采用了無線多點智能的檢測方本設(shè)計采用了無線多點智能的檢測方法法的優(yōu)勢的優(yōu)勢 (l)系統(tǒng)采用智能溫度傳感器DS18B20，儀器可靠性高，抗干擾能力強，安置靈活，支持現(xiàn)場總線技術(shù)(單總線技術(shù))，信號易于處理和傳送，降低系統(tǒng)維護費用。(2)系統(tǒng)采用無線的數(shù)據(jù)采集和處理，并且采用電池供電，減少電源線路的布置，消除了電信號的干擾，而跳頻技術(shù)的加入又有

3、效避免了同頻段無線信號的干擾，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，提高了系統(tǒng)的靈活性和效率。(3)由于采集端節(jié)點采用的是電池供電，為了滿足系統(tǒng)長期安全服役的需要，功率控制尤為重要。為此，本系統(tǒng)利用休眠機制來降低采集節(jié)點的功耗，大大延長了系統(tǒng)工作壽命。(4)在上位機程序上，用Vsiual Basic設(shè)計的接收界面，采集到的數(shù)據(jù)通過無線模塊傳至PC機，用戶界面顯示更友好，操作更簡潔。系統(tǒng)整體方案設(shè)計系統(tǒng)整體方案設(shè)計方案設(shè)計方案設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，進行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。本系統(tǒng)的電路設(shè)計方框圖如圖2.1 所示，它由四部分組成:控制部分主芯片采用單片機AT89S51；顯示部分采用LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫

4、度顯示；溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器；報警部分采用語音模塊ISD1420原件。硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)芯片介紹系統(tǒng)芯片介紹ATS8951單片機單片機硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計如圖所示為溫度采集報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。該設(shè)計將以單片機控制的溫度采集系統(tǒng)為主，利用單片機完成對溫度的檢測，實現(xiàn)安全溫度內(nèi)正常顯示溫度值，超出設(shè)定的溫度上限則進行聲光報警。硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件系統(tǒng)設(shè)計單片機電路設(shè)計單片機電路設(shè)計軟件程序設(shè)計軟件程序設(shè)計系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)控制流程圖通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的整數(shù)部分與小

5、數(shù)部分分開存放在不同的兩個單元中，然后通過調(diào)用顯示子程的兩個單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來。每序顯示出來。每1s進行一次溫度測量，進行一次溫度測量，溫度的實時顯示、讀出并處理溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值是主程的測量的當前溫度值是主程序的主要功能。主程序流程見圖所示。序的主要功能。主程序流程見圖所示。 包括調(diào)用讀溫度子程序，數(shù)字變換程序包括調(diào)用讀溫度子程序，數(shù)字變換程序以及顯示程序以及顯示程序軟件程序設(shè)計軟件程序設(shè)計系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)控制流程圖NYN211S開始上下限初始化啟動定時器讀取當前溫度顯示溫度定時中斷溫度上限+/-溫度下限+/-過限報警啟動系統(tǒng)總流

6、程圖如下圖系統(tǒng)總流程圖如下圖4.2所示。所示。DS18B20復(fù)位程序：每次重新從復(fù)位程序：每次重新從DS18B20讀數(shù)據(jù)時需要系統(tǒng)復(fù)位讀數(shù)據(jù)時需要系統(tǒng)復(fù)位DS18B20寫命令程序：寫命令程序：DS18B20有六條有六條控制命令，通過此程序來進行控制控制命令，通過此程序來進行控制DS18B20DS18B20讀讀1字節(jié)程序：從引腳接收數(shù)據(jù)字節(jié)程序：從引腳接收數(shù)據(jù)并保存數(shù)據(jù)并保存數(shù)據(jù)讀出溫度程序讀出溫度程序:對對DS18B20進行讀數(shù)據(jù)，進行讀數(shù)據(jù)，并進行處理并進行處理溫度數(shù)據(jù)處理程序溫度數(shù)據(jù)處理程序:向向5個個LED送數(shù)，控制送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分系統(tǒng)的顯示部分軟件程序設(shè)計軟件程序設(shè)計控制程序的

7、設(shè)計控制程序的設(shè)計1）讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。DS18B20的各個命令對時序的要求特別嚴格，所以必須按照所要求的時序才能達到預(yù)期的目的，同時，要注意讀進來的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號位。讀出溫度的子程序如圖4.3所示。讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。把讀到的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)化成整數(shù)部分和小數(shù)部分。當符號位為1，即溫度為零下時，進行報警程序。為保證數(shù)據(jù)可靠傳送，任一時刻單總線上只能有一個控制信號

8、或數(shù)據(jù)，因此進行數(shù)據(jù)傳輸通信時，要符合總線協(xié)議。一般有以下四個過程：初始化信號，傳送ROM信號，傳送RAM信號和數(shù)據(jù)交換。軟件程序設(shè)計軟件程序設(shè)計控制程序的設(shè)計控制程序的設(shè)計(1) 溫漂值的測定 在實驗室里，將傳感器貼在不受任何載荷模擬現(xiàn)場的試件上，然后人為地使溫度升高（或降低），例如：將應(yīng)變片及其附屬設(shè)備放在冰箱或冰柜里。利用溫度傳感器DS18B20測出其溫度,再利用單片機讀出相應(yīng)的應(yīng)變值。將與溫度相對應(yīng)的應(yīng)變值存入片外RAM中，并建立一個溫度和溫漂值相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。在現(xiàn)場，通過軟硬件測得環(huán)境溫度后，接著要對一定環(huán)境溫度應(yīng)變值進行修正，其流程圖如圖4.3所示。首先，在現(xiàn)場將電阻應(yīng)變片貼在試件

9、上，測出其應(yīng)變值，然后將其結(jié)果輸入CPU中，用CPU記錄此結(jié)果，再從數(shù)據(jù)庫中讀出與溫度相應(yīng)的溫漂值，并對該溫度下測得低應(yīng)變值進行修正，最后輸出經(jīng)過溫度補償真實的應(yīng)變值，并存入片外RAM中。 軟件程序設(shè)計軟件程序設(shè)計控制程序的設(shè)計控制程序的設(shè)計2）應(yīng)答子程序、復(fù)位程序 應(yīng)答子程序、復(fù)位子程序如圖4.4所示。復(fù)位時序：復(fù)位要求主CPU數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放。DS18B20收到信號后等待1660us左右，后發(fā)出60240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。軟件程序設(shè)計軟件程序設(shè)計控制程序的設(shè)計控制程序的設(shè)計4）寫入子程序流程圖寫入子程序流程圖如圖4.5所示。當主機把數(shù)據(jù)從邏輯高

10、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)60us，包括兩個寫周期至少1us的恢復(fù)時間。I/O線電平變低后，DS18B20在一個15us到60us的窗口內(nèi)對I/O線采樣。如果線上是高電平，就寫1.如果是低電平，就寫0.主機要生成一個寫0時間隙，必須把數(shù)據(jù)緩拉到低電平然后釋放，在寫時間隙開始后的15us內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機要生成一個寫0時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存60us。結(jié)結(jié) 論論本設(shè)計使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準確，具有一定的實際應(yīng)用價值。DS18B20芯片在溫控方面具有廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計中的智能溫度控制器是該

11、溫度傳感器芯片的是一個實例應(yīng)用，在今后的工作中還有待進一步的改進。例如可以在用戶實時溫度監(jiān)控方面做些探究，以單片機控制通信模塊，將測得的溫度以信號消息的方式發(fā)送給用戶。除此之外，還能在建筑、倉儲、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場合，像溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計的用途，有很強的實用價值。系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的故障，甚至系統(tǒng)的崩潰等影響系統(tǒng)正常運行的因素絕大多數(shù)是有系統(tǒng)的未知干擾造成。所以，優(yōu)化系統(tǒng)的抗干擾問題是系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作的重要保障。通常的抗干擾措施都是從以下2個方面著手解決實施。 (l)對于芯片的選擇要以集成度高、體積小、可靠性強的集成芯片為原則。XL02-232AP1模塊信號的收發(fā)過程都是在一個封裝的芯片