稱重傳感器設計

1、傳感器課程設計稱重傳感器 班級：09電子信息工程技術 專業(yè)：自動化技術 2011年6月181. 設計要求2. 擴展功能溫度控制器摘要：2.1. 總體設計方案2.1.0數字溫度計設計方案論證2.1.1方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，感溫電路比較麻煩。2.1.2 方案二 進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳

2、感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。方案二的總體設計框圖溫度計電路設計總體設計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數碼管以P1和P2控制LED實現溫度顯示。2.1.3 主控制器單片機AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口就足夠能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。2.1.4 顯示電路顯示電路采用4位共陽LED數碼管，從P口輸出顯示數據，用P2口來控制位選。2.1.5溫

3、度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現位的數字值讀數方式。DS18B20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現多點組網功能；無須外部器件；可通過數據線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機功耗；溫度以或位數字；用戶可定義報警設置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20采用腳PR3

4、5封裝或腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2所示。64位ROM的結構開始位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結構為字節(jié)的存儲器，結構如圖3所示。頭個字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精

5、度的溫度數值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低位一直為，是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為，用戶要去改動，R1和0決定溫度轉換的精度位數，來設置分率。由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存的第、字節(jié)保留未用，表現為全邏輯。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第、

6、字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以0.0625LSB形式表示。當符號位時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表2是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。 DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、T字節(jié)內容作比較。若TH或TTL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算C

7、RC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應的一個基數分別置入減法計數器、溫度寄存器中，計數器和溫度寄存器被預置在-55所對應的一個基數值。減法計數器對低溫度系數晶振產生

8、的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器的預置值減到時，溫度寄存器的值將加，減法計數器的預置將重新被裝入，減法計數器重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器計數到時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。2.3 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路1.DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機端口接單線總線，為保證在有DS1

9、8B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。2.4 系統(tǒng)整體硬件電路 主板電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，電源電路，傳感器電路，溫度顯示電路，上限報警調整按鍵電路，單片機主板電路等，如圖5 所示。圖5中有三個獨立式按鍵可以分別調整溫度計的上限報警設置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時LED數碼管將被測溫度值顯示，這時可以調整報警上下限，從而測出被

10、測的溫度值，有三個LED二極管它們分別是：黃色的是傳感器存在指示燈；紅色的是設置狀態(tài)指示燈；綠色的是報警指示燈。圖5 中的按健復位電路是上電復位加手動復位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現復位。 電源電路圖上限報警調整按鍵電路2.4.4 顯示電路 顯示電路是使用的P1口和P2做LED數據顯示，這種動態(tài)顯示最大的優(yōu)點就是顯示內容豐富，但占用口資源比較多， 單片機主板電路電路所用元件 AT89S51DS18B201溫度傳感受器七段數碼管4共陽極LM78051穩(wěn)壓管小按鈕4100uF,10uF各10.1uF瓷片電容130PF212M振14.7K,10K

11、1和7S85504PNP1K電阻發(fā)光二極管1470歐13系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數據刷新子程序等。 3.1主程序 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，其程序流程見圖7所示。3.2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，校驗有錯時不進溫度數據的改寫。其程序流程圖如圖8示3.3溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750

12、ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示3.4 計算溫度子程序計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖10所示。3.5 顯示數據刷新子程序顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖11。4總結與體會 很感謝老師提供一個機會，讓我們實踐單片機和溫度偉傳感器。經過近三周時間辛勤努力查找資料和焊接電路。功夫不負有心人，終于按計劃完成了我的數字溫度計的設計，單片機能實現溫度測量和報警。雖然設計得很簡單，功能單調，焊接

13、電路粗糙，但從心里來說，還是非常高興，回想以前遇到的困難，心里更美滋滋的，畢竟這次設計通過自己勤勞所得的結晶。高興之余不得不深思總結。在本次設計過程中，我發(fā)現自己有很多不足之處。雖然以前也做過硬件電路設計，但沒有軟件設計，這次的設計真的讓我難以忘記，而且長進很多知識。單片機課程設計最重要就在于軟件編程序的設計，需要有很清晰的思路。以前寫過一些簡單的程序，但沒有像這次這么復雜。這次采用了很多指令，例如調表指令，比較指令，跳轉指令等等。以前用的都是清零，置1指令，用在流水線。這次更進一步認識單片機和匯編程序。 從這次的課程設計中，我學習到很多知識，也知道自己的不足之處，在以后的學習中，仔細認真，注

14、重細節(jié)，要理論聯(lián)系實際，把我們所學到的知識運用到實際當中，并把實踐中發(fā)現的問題彌補理論，學習單片機也是如此，這次最重要認識在于程序，程序只有在經常寫和讀中才能提高，并從中找到樂趣。 溫度控制器程序溫度傳感器用單總線DS18B20CPU為AT89S52,一個按鍵復位溫度測量上限99度,下限為0度，超過設置溫度為30度時，二極管亮，自動控制用P3.7作為數據線發(fā)送與接收串口P1數據輸出P2位選，P2.5個位，P2.4十位 FLAG1 BIT F0 ;DS18B20存在標志位 DQ BIT P3.7 TEMPER_L EQU 29H TEMPER_H EQU 28H A_BIT EQU 35H B_

15、BIT EQU 36H ;*程序起始* ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H;*主程序開始*MAIN: LCALL INIT_18B20 ;LCALL RE_CONFIG LCALL GET_TEMPER AJMP CHANGE ;*DS18B20復位程序*INIT_18B20: SETB DQ NOP CLR DQ MOV R0,#0FBH TSR1: DJNZ R0,TSR1 ;延時 SETB DQ MOV R0,#25H TSR2: JNB DQ ,TSR3 DJNZ R0,TSR2 TSR3: SETB FLAG1 ;置標志位，表明DS18B20存在 CLR P2

16、.0 ;二極管指示 AJMP TSR5 TSR4: CLR FLAG1 LJMP TSR7 TSR5: MOV R0,#06BH TSR6: DJNZ R0,TSR6 TSR7:SETB DQ ;表明不存在 RET;*設定DS18B20暫存器設定值*;RE_CONFIG: ;JB FLAG1,RE_CONFIG1 ;RET;RE_CONFIG1: MOV A,#0CCH ;放跳過ROM命令 ;LCALL WRITE_18B20 ;MOV A,#4EH ;LCALL WRITE_18B20 ;寫暫存器命令 ;MOV A,#00H ;報警上限中寫入00H ;LCALL WRITE_18B20 ;M

17、OV A,#00H ;報警下限中寫入00H ; LCALL WRITE_18B20 ;MOV A,#1FH ;選擇九位溫度分辨率 ; LCALL WRITE_18B20 ; RET;*讀轉換后的溫度值*GET_TEMPER: SETB DQ LCALL INIT_18B20 JB FLAG1,TSS2 RET ;若不存在則返回 TSS2: MOV A,#0CCH ;跳過ROM LCALL WRITE_18B20 MOV A,#44H ;發(fā)出溫度轉換命令 LCALL WRITE_18B20 LCALL DISPLAY ;延時 LCALL INIT_18B20 MOV A,#0CCH ;跳過ROM

18、 LCALL WRITE_18B20 MOV A,#0BEH ;發(fā)出讀溫度換命令 LCALL WRITE_18B20 LCALL READ2_18B20 ;讀兩個字節(jié)的溫度 RET ;*寫DS18B20程序* WRITE_18B20: MOV R2,#8 CLR C WR1: CLR DQ MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV DQ,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB DQ NOP DJNZ R2,WR1 SETB DQ RET ;*讀18B20程序，讀出兩個字節(jié)的溫度* READ2_18B20: MOV R4,#2 ;低位存在29 H,高位存在28H

19、 MOV R1,#29H RE00: MOV R2,#8 RE01: CLR C SETB C NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,#7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,#23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET ;*讀出的溫度進行數據轉換*CHANGE: MOV A,29H MOV C,28H.0 ;將28H中的最低位移入C RRC A MOV C,28H.1 RRC A MOV C,28H.2 RRC A MOV C,28H.3 RRC A MOV 29H,A MOV 27H,A CLR C SETB P0.0 SUBB A,#1EH JC TEM28 CLR P0.0 AJMP TEM28N T