單片機(jī)系統(tǒng)室內(nèi)溫度計算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)方案

1、. . . . 課程設(shè)計說明書課題名稱：室溫度計算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)學(xué)院名稱： 機(jī)械工程 專業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計制造與其自動化 設(shè)計成員：指導(dǎo)老師：完成日期：2010年12月30日目錄第一章 研制背景與意義1第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測試過程簡介1第三章 系統(tǒng)各部分工作原理與實(shí)物介紹13.1、單片機(jī)系統(tǒng)23.2、溫度傳感器33.3、計算機(jī)操作界面 63.4、軟件的調(diào)試7附錄1單片機(jī)系統(tǒng)C語言源程序9第一章 研制背景與意義多點(diǎn)測溫在兩市倉庫儲存的溫度監(jiān)控，禽蛋孵化箱自動溫度控制，機(jī)柜儀器設(shè)備 的溫度監(jiān)控，電力電訊設(shè)備的過熱故障預(yù)知檢測，交通工具溫度監(jiān)視，醫(yī)療與保健診斷的溫度檢測，以與智能家具的溫室調(diào)節(jié)等領(lǐng)域有

2、著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，但利用熱敏電阻測量溫度精度較低可靠性較差，且必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換等接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能給微處理器進(jìn)行處理，這樣就使得測溫的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了系統(tǒng)的安全可靠性。第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測試過程簡介本測試裝置由：單片機(jī)系統(tǒng)、溫度傳感器、臺式電腦組成，系統(tǒng)組成如圖2.1所示。系統(tǒng)組成圖第三章 系統(tǒng)各部分工作原理與實(shí)物介紹3.1、單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)由SCS89C52單片機(jī)、MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片、九針串口接頭、上電復(fù)位電路、晶振電路、供電接口等組成、電路圖如圖所示。 單片機(jī)系統(tǒng)電路圖單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)物圖如圖所示。C語言源程序見附錄1串口與定時器初始

3、化上位機(jī)讀操作？讀第一個溫度傳感器延時讀第二個溫度傳感器讀第三個溫度傳感器求平均值預(yù)處理送串口NY開始 單片機(jī)系統(tǒng)程序流程3.2、溫度傳感器1、溫度傳感器采用DS18B20，DS18B20是美國dallas公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它是一款性能優(yōu)異的智能繼承數(shù)字式傳感器，具有體積小功耗低，性能高抗干擾能力強(qiáng)使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。其獨(dú)特的單總線技術(shù)使用戶可輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，特別適合于多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。每個DA18B20都有一個唯一的64位ROM序列號，通過查詢此序列號，就可以區(qū)分不同的器件，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛多個DS18B20的目的，準(zhǔn)保在應(yīng)用時能被唯一標(biāo)識，以實(shí)現(xiàn)對對象的準(zhǔn)確控制2.

4、1、適應(yīng)電壓圍更寬，電壓圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 2.2、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 2.3、 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫 2.4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件與轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路 2.5、溫圍55125，在-10+85時精度為±0.5 2.6、可編程 的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫 2.7、在

5、9位分辨率時最多在 93.75ms把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 2.8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力 2.9、負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 2、DS18B20的外形和部結(jié)構(gòu)DS18B20部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形與管腳排列如下圖1:3、DS18B20引腳定義：(1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端； (2)GND為電源

6、地； (3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。4、DS18B20部結(jié)構(gòu)圖5、DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820一樣，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫

7、度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。6、DS18B20測溫原理框圖     DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位 （28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號

8、，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一個DS18B20都各不一樣，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 （2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。7、實(shí)物圖溫度傳感器3.3、計算機(jī)操作界面計算機(jī)操作界面通過Labview編程實(shí)現(xiàn)，可顯示實(shí)時溫度。計算機(jī)操作界面如圖所示。 計算機(jī)操作界面上位機(jī)Labview程序上位機(jī)程序由串口通信程序和導(dǎo)熱系數(shù)計算算法程序構(gòu)成。串口通信程序如圖所示，該程序由串口設(shè)置

9、模塊、寫串口模塊、讀串口模塊、關(guān)閉串口模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與標(biāo)定模塊組成，與單片機(jī)系統(tǒng)串口通信程序配合，形成一個串口通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)間的實(shí)時數(shù)據(jù)交換。 串口通信程序上位機(jī)導(dǎo)熱系數(shù)計算算法程序流程如圖3.11所示，先測定環(huán)境溫度，然后在60秒間隔兩次測試加熱溫度，再計算溫差比值，查表計算指數(shù)積分，最后計算導(dǎo)熱系數(shù)測定環(huán)境溫度t0測定加熱60s后的溫度t1測定加熱120s后的溫度t2確定由表查得由公式得出導(dǎo)熱系數(shù) 程序流程圖基于Labview軟件實(shí)現(xiàn)了上述算法，其G語言程序如圖所示 部分G語言程序3.4、軟件的調(diào)試硬件的調(diào)試硬件調(diào)試時利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器等，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在

10、的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩部進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種調(diào)試。步驟如下：第一步：目測，檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn)，再監(jiān)測各種電源與接地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測。給電路板加電，檢測所有的插座或者是硬件的電源是否符合要求的值。第四步：聯(lián)機(jī)檢查，因為只有單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查：動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近與遠(yuǎn)、有分到和。由近與遠(yuǎn) 是將信號流經(jīng)的各器件按照

11、距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近與遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。有分到合 是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障圍限定在某個局部的電路上，當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，再對各塊電路功能與各電路之間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。設(shè)計體會本設(shè)計完成了題目要求的基本部分的全部要求。由于時間的短缺而沒有更好地完善，在今后條件允許的情況下再擴(kuò)展?；静糠指鲉卧ぷ鞣€(wěn)定。通過這次設(shè)計使我學(xué)會如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們

12、學(xué)會將理論很好地聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能與的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設(shè)計過程中，學(xué)會了堅持不懈，不輕言放棄，設(shè)計過程，也好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。致本研究與論文是在指導(dǎo)老師國凡老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從研究課題的選擇到作品的最終完成，國凡老師都始終給予我們細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此謹(jǐn)向國凡老師致以誠摯的意和崇高的敬意。參 考 文 獻(xiàn)1永江樓宇的門禁、監(jiān)控與車庫管理系統(tǒng)M：中國，電力，20

13、052克明，夏路易可編程控制器原理與程序設(shè)計M，電子工業(yè)，20023進(jìn)秋可編程控制器原理與應(yīng)用實(shí)例M：機(jī)械，工業(yè)，20034 PLC入門學(xué)習(xí)基礎(chǔ)教程M ：機(jī)械，工業(yè)，20035可編程序控制器應(yīng)用指南           易傳祿主編   科普6 可編程序控制器原理與應(yīng)用   鐘肇新 侃編   華南理工大學(xué)7 電氣與可編程序控制器技術(shù)       湯以主編     機(jī)械工業(yè)8 PLC編程與應(yīng)用          

14、60; 廖常初主編     機(jī)械工業(yè)9 SIMATIC S7-200可編程序控制器CPU22X系統(tǒng)手冊西門子(中國)10 可編程序控制器原理與應(yīng)用   金榮 葉 真編   應(yīng)用技術(shù)學(xué)附錄1單片機(jī)系統(tǒng)C語言源程序#include <reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit DQ2=P10;/數(shù)據(jù)傳輸線接單片機(jī)的相應(yīng)的引腳 sbit DQ1=P11; sbit DQ0=P12; unsigned char

15、tempL0=0,tempL1=0,tempL2=0; unsigned char tempH0=0,tempH1=0,tempH2=0;unsigned int temperature0,temperature1,temperature2; unsigned int a, b, c, d; bit e;void delay0(unsigned int win) unsigned int n; n=0; while(n < win) n+; return; void delay1(unsigned int win) unsigned int n; n=0; while(n < wi

16、n) n+; return; void delay2(unsigned int win) unsigned int n; n=0; while(n < win) n+; return; Init_DS18B200(void) unsigned char x=0; DQ0=1; /DQ先置高 delay0(8); /稍延時 DQ0=0; /發(fā)送復(fù)位脈沖 delay0(85); /延時（>480ms) DQ0=1; /拉高數(shù)據(jù)線 delay0(14); /等待（1560ms) x=DQ0; delay0(20);Init_DS18B201(void) unsigned char x=0

17、; DQ1=1; /DQ先置高 delay1(8); /稍延時 DQ1=0; /發(fā)送復(fù)位脈沖 delay1(85); /延時（>480ms) DQ1=1; /拉高數(shù)據(jù)線 delay1(14); /等待（1560ms) x=DQ1; delay1(20);Init_DS18B202(void) unsigned char x=0; DQ2=1; /DQ先置高 delay2(8); /稍延時 DQ2=0; /發(fā)送復(fù)位脈沖 delay2(85); /延時（>480ms) DQ2=1; /拉高數(shù)據(jù)線 delay2(14); /等待（1560ms) x=DQ2; delay2(20);/*

18、/讀一個字節(jié) ReadOneChar0(void)/主機(jī)數(shù)據(jù)線先從高拉至低電平1ms以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀信號 unsigned char i=0;/每個讀周期最短的持續(xù)時間為60ms，各個讀周期之間必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期 unsigned char dat=0; for (i=8;i>0;i-) /一個字節(jié)有8位 DQ0=1; delay0(1); DQ0=0; dat>>=1; DQ0=1; if(DQ0) dat|=0x80; delay0(4); return(dat);/* ReadOneChar1(void)/主機(jī)數(shù)據(jù)線先從高拉至低電平1m

19、s以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀信號 unsigned char i=0;/每個讀周期最短的持續(xù)時間為60ms，各個讀周期之間必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期 unsigned char dat=0; for (i=8;i>0;i-) /一個字節(jié)有8位 DQ1=1; delay1(1); DQ1=0; dat>>=1; DQ1=1; if(DQ1) dat|=0x80; delay1(4); return(dat);/* ReadOneChar2(void)/主機(jī)數(shù)據(jù)線先從高拉至低電平1ms以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀信號 unsigned char i=0;

20、/每個讀周期最短的持續(xù)時間為60ms，各個讀周期之間必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期 unsigned char dat=0; for (i=8;i>0;i-) /一個字節(jié)有8位 DQ2=1; delay2(1); DQ2=0; dat>>=1; DQ2=1; if(DQ2) dat|=0x80; delay2(4); return(dat);/* /寫一個字節(jié) WriteOneChar0(unsigned char dat) unsigned char i=0; /數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。15ms之將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上， for(i=8;i>0;i

21、-) /在1560ms之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果是高電平就寫1，低寫0發(fā)生。 DQ0=0; /在開始另一個寫周期前必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期。 DQ0=dat&0x01; delay0(5); DQ0=1; dat>>=1; delay0(4);/* WriteOneChar1(unsigned char dat) unsigned char i=0; /數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。15ms之將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上， for(i=8;i>0;i-) /在1560ms之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果是高電平就寫1，低寫0發(fā)生。 DQ1=0; /在開始另一個

22、寫周期前必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期。 DQ1=dat&0x01; delay1(5); DQ1=1; dat>>=1; delay1(4);/* WriteOneChar2(unsigned char dat) unsigned char i=0; /數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。15ms之將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上， for(i=8;i>0;i-) /在1560ms之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果是高電平就寫1，低寫0發(fā)生。 DQ2=0; /在開始另一個寫周期前必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期。 DQ2=dat&0x01; delay2(5); DQ2

23、=1; dat>>=1; delay2(4);/*ReadTemperature0(void) Init_DS18B200(); WriteOneChar0(0xcc); WriteOneChar0(0x44); delay0(125); Init_DS18B200(); WriteOneChar0(0xcc); WriteOneChar0(0xbe); tempL0=ReadOneChar0(); tempH0=ReadOneChar0(); temperature0=(tempH0*256)+tempL0; delay0(20); return(temperature0);Re

24、adTemperature1(void) Init_DS18B201(); WriteOneChar1(0xcc); WriteOneChar1(0x44); delay1(125); Init_DS18B201(); WriteOneChar1(0xcc); WriteOneChar1(0xbe); tempL1=ReadOneChar1(); tempH1=ReadOneChar1(); temperature1=(tempH1*256)+tempL1; delay1(20); return(temperature1);ReadTemperature2(void) Init_DS18B202(); WriteOneChar2(0xcc); WriteOneChar2(0x44); delay2(125); Init_DS18B202(); WriteOneChar2(0xcc); WriteOneChar2(0xbe); tempL2=ReadOneChar