智能儀表報(bào)告

智能儀表原理與設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練報(bào)告題目：溫度采集儀的設(shè)計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：王久龍張紅琴成績(jī)：2015年11月13日目錄前言................................................2系統(tǒng)方案...........................................31.1溫度采集的意義和目的1.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容1.3課題的任務(wù)要求1.4單片機(jī)的選型1.5系統(tǒng)框圖硬件設(shè)計(jì)....................................42.1系統(tǒng)硬件原理圖2.2單片機(jī)模塊化設(shè)計(jì)2.2.1主控模塊2.2.2溫度傳感器模塊2.2.3顯示模塊2.2.4報(bào)警模塊2.2.5通信模塊2.2.6按鍵電路2.2.7晶振控制電路2.2.8復(fù)位電路軟件設(shè)計(jì)....................................103.1主程序設(shè)計(jì)3.2LCD液晶顯示軟件設(shè)計(jì)3.3溫度采集儀軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試.............................134.1軟件程序下載4.2硬件調(diào)試4.2.1上電前的調(diào)試4.2.2上電后的調(diào)試4.3軟硬件聯(lián)調(diào)結(jié)果4.4軟硬件聯(lián)調(diào)結(jié)果分析參考文獻(xiàn).....................................................15致謝.........................................................16附錄A硬件原理圖.............................................17附錄B源程序清單.............................................17附錄C元器件清單.............................................32前言溫度是一種根本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量。因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要意義。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的開展經(jīng)歷了三個(gè)開展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器、智能集成溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速開展。本文所介紹的智能溫度測(cè)量系統(tǒng)是基于DS18B20型數(shù)字式溫度傳感器，在89C52單片機(jī)的控制下，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的裝置。該系統(tǒng)測(cè)量范圍寬、測(cè)量精確度高，該系統(tǒng)可廣泛適用于人民的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫度測(cè)量。系統(tǒng)方案1.1溫度采集的意義和目的溫度是一種根本的環(huán)境參數(shù)，人們的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，不僅是在工業(yè)生產(chǎn)過程中還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中都離不開溫度的控制，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)溫度的要求也越來越高。溫度現(xiàn)場(chǎng)比擬惡劣，遠(yuǎn)程溫度測(cè)試就變得比擬重要，利用RS-232進(jìn)行串口接收數(shù)據(jù)來模擬現(xiàn)實(shí)生活中隊(duì)溫度的實(shí)時(shí)觀測(cè)與控制。1.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境模擬信號(hào)，其輸出送入AT89C52，單片機(jī)在程序的控制下，將處理過的數(shù)據(jù)當(dāng)被測(cè)溫度高于一定溫度時(shí)，單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。1.3課題的任務(wù)要求要求：通過溫度傳感器采集溫度，并將溫度傳到單片機(jī)進(jìn)行處理，并通過液晶顯示，同時(shí)以單片機(jī)為核心的主控單元通過對(duì)按鍵的操作，設(shè)定上下限報(bào)警溫度與實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行比擬，并判斷是否報(bào)警，且與PC機(jī)通信將監(jiān)測(cè)的溫度發(fā)送到PC機(jī)〔溫度監(jiān)測(cè)界面可用VB進(jìn)行編程設(shè)計(jì)〕。目的〔技術(shù)指標(biāo)〕：1.可以對(duì)0℃～＋125℃溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并能〔通過液晶〕顯示；2.可以通過按鍵人工設(shè)定上下限報(bào)警溫度并判斷是否報(bào)警〔蜂鳴器發(fā)出響聲〕；3.實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信〔在PC機(jī)上用VB所編寫界面顯示實(shí)測(cè)溫度值〕。1.4單片機(jī)的選型選用單片機(jī)AT89C52單片機(jī)AT89C52采用采用的是CHMOS工藝：高速度，高密度，低功耗?？煽啃愿撸阌跀U(kuò)展。控制功能強(qiáng)。單片機(jī)AT89C52片內(nèi)存儲(chǔ)容量小，除此之外，集成度高，體積小，性價(jià)比高，應(yīng)用廣泛。1.5系統(tǒng)框圖圖1.1整體設(shè)計(jì)方案圖硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)硬件原理圖該溫度采集儀系統(tǒng)由主控模塊，溫度傳感模塊，顯示模塊，按鍵模塊，通信模塊組成。2.2單片機(jī)模塊化設(shè)計(jì)2.2.1主控模塊圖2.2單片機(jī)STC89C52引腳圖端口線制用，每一個(gè)引腳并不完全相同，如圖p3口的第二功能：電源線〔2條〕控制線〔6條〕平封鎖狀態(tài)。2.2.2溫度傳感器模塊本設(shè)計(jì)選用的數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20。DS18B20是DALLAS半導(dǎo)體公司〔現(xiàn)屬M(fèi)AXIM公司〕設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，其測(cè)量溫度范圍為－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。DS18B20的測(cè)溫原理，低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門翻開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度存放器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度存放器值的累加，此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。DS18B20的封裝與引腳圖如下圖。DS18B20的封裝與引腳圖2.2.3顯示模塊主要采用LCD1602液晶顯示。主要實(shí)現(xiàn)的功能是通過單片機(jī)讀取溫度傳感器轉(zhuǎn)換的溫度值，再將其所讀取的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十制數(shù)，通過靜態(tài)顯示，最后在LCD顯示出溫度數(shù)值。本設(shè)計(jì)液晶顯示器選用LCD1602，將單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。仿真如下圖。LCD1602仿真圖2.2.4報(bào)警模塊由一個(gè)自我震蕩型的蜂鳴器，蜂鳴器是通過三極管放大信號(hào)．在所要求的溫度到達(dá)一定的上界或者下界時(shí)(我的初始上界溫度20℃，下界溫度為26℃)，通過三個(gè)按鈕可改變上下界溫度的范圍，一個(gè)按鈕是用來加，一個(gè)按鈕是用來減，最后一個(gè)按鈕是用來設(shè)置模式。只要溫度不在其設(shè)置范圍內(nèi)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出響聲。仿真圖如下圖。2.2.5通信模塊主要是利用MAX232實(shí)現(xiàn)RS232的串行協(xié)議的電平轉(zhuǎn)換，以保證采樣參數(shù)的設(shè)置和溫度向PC機(jī)正常發(fā)送。主要實(shí)現(xiàn)的功能是利用STC89C52的UART串行通信口和上位PC機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通信。硬件電路如下圖。MAX232硬件圖2.2.6按鍵電路按鍵電路如圖2.7所示。由K2、K3、K4三個(gè)按鍵控制上、下限溫度值。P1.0接口接K1按鍵。P1.2接口接入K2按鍵。P1.3接口接K3按鍵。K1溫度上下限減少鍵：減少溫度上下限的值。2.K2溫度上下限增加鍵：增加溫度上下限的值。K3溫控開關(guān)鍵：進(jìn)入溫控的切換鍵。按鍵電路圖2.2.7晶振控制電路晶振采用的是11.0592MHZ的標(biāo)準(zhǔn)晶振。接入單片機(jī)的XTAL1、XTAL2。晶振控制電路如下圖。晶振控制電路圖2.2.8復(fù)位電路本設(shè)計(jì)兼有上電復(fù)位和人工復(fù)位。人工復(fù)位即按下K4使單片機(jī)復(fù)位。直接接到單片機(jī)的RESET引腳。復(fù)位電路如下圖。復(fù)位電路軟件設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如下圖：3.2LCD液晶顯示軟件設(shè)計(jì)3.3溫度采集儀軟件設(shè)計(jì)第四章系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試4.1軟件程序下載硬件電路焊接好后，先檢查有無連線錯(cuò)誤，確認(rèn)無誤后，先在電腦中安裝單片機(jī)下載器PL-2303HX驅(qū)動(dòng)，STC燒錄下載軟件，選擇單片機(jī)芯片為STC89C52RC，翻開程序文件，把自己的程序加載進(jìn)去，選擇COM口，查看計(jì)算機(jī)-管理-設(shè)備管理，選擇COM3開始下載程序。下載窗口如圖4.1所示。圖4.1程序下載窗口4.2硬件調(diào)試4.2.1上電前的調(diào)試將板子焊接好，在上電前先進(jìn)行無電測(cè)試，這也是工作的第一步，主要用萬用表來檢測(cè)是否存在短路或斷路的情況。4.2.2上電后的調(diào)試確認(rèn)電路無錯(cuò)誤后，用杜邦線正確連接好P3.2、P3.3、P3.4，確保電源線和地線均連接正確。將芯片下載好程序，接通電源，看液晶顯示器上有沒有正確的溫度顯示，使用DS18B20傳感器接受溫度，看是否到達(dá)報(bào)警溫度報(bào)警。使用串口線將上位機(jī)與下位機(jī)連接起來，在上位機(jī)檢測(cè)下位機(jī)的溫度。4.3軟硬件聯(lián)調(diào)結(jié)果軟硬件聯(lián)調(diào)結(jié)果如表4-1所示。表4-1測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)4.4軟硬件聯(lián)調(diào)結(jié)果分析本設(shè)計(jì)中所要求的溫度采集的數(shù)據(jù)在液晶顯示器1602第一行顯示“NowTempurature”，第二行能顯示溫度上下限的范圍〔20°~25°〕，同時(shí)通過單片機(jī)控制的按鍵來改變溫度上下限范圍值。按鍵一個(gè)能手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的上下限，一個(gè)可用來加溫度，一個(gè)用來減溫度。MAX232電路工作正常，單片機(jī)與PC機(jī)能正常實(shí)現(xiàn)串行通信并在VB程序編寫的界面顯示實(shí)時(shí)溫度并且顯示狀態(tài)穩(wěn)定。在設(shè)定的范圍內(nèi)判定然后可實(shí)現(xiàn)報(bào)警，即蜂鳴器會(huì)發(fā)出響聲，告知現(xiàn)在所測(cè)溫度不在其設(shè)定溫度范圍內(nèi)，因此三個(gè)技術(shù)指標(biāo)都能滿足。參考文獻(xiàn)[1]趙新民．智能化儀器設(shè)計(jì)根底．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999.[2]樓然苗等51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例北京航空航天出版社，2003.3.[3]唐俊翟等單片機(jī)原理與應(yīng)用冶金工業(yè)出版社，2003.9.[4]劉瑞新等單片機(jī)原理及應(yīng)用教程機(jī)械工業(yè)出版社，2003.7.[5]吳國(guó)經(jīng)等單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)中國(guó)電力出版社，2004.1.[6]VisualBasic程序設(shè)計(jì)教程，吳鳳翔，中國(guó)林業(yè)出版社，2002-11.

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[8]VisualBASIC程序設(shè)計(jì)，譚浩強(qiáng)，清華大學(xué)出版社，2000.

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[11]VisualBasic程序設(shè)計(jì)教程，劉炳文，許蔓舒清華大學(xué)出版社，2000.[12]徐愛軍，徐陽，智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)〔第三版〕[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2002-11.致謝本次智能儀表實(shí)訓(xùn)，硬件局部看上去很簡(jiǎn)單，其實(shí)實(shí)際上要想真的焊好，也沒有那么容易，因?yàn)檫€要拆上液晶，所以焊之前的排版很重要。軟件設(shè)計(jì)也十分不易，要去找很多資料。當(dāng)然，這一切的過程都離不開老師的幫助，在此非常感謝王九龍和張紅琴兩位老師的悉心教導(dǎo)，真是受益匪淺，希望以后還有這樣的時(shí)機(jī)。附錄A硬件原理圖附錄B源程序清單#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^7;//DS18B20定義使用單片機(jī)P37端口sbitlcden=P2^7;//1602使能sbitlcdrs=P2^5;//1602數(shù)據(jù)/命令選擇端sbitlcdrw=P2^6;//1602讀/寫選擇端sbitGLED=P1^7;//綠色LED正常范圍值點(diǎn)亮，在本次設(shè)計(jì)中未參加sbitRLED=P3^3; //紅色LED超過正常范圍值點(diǎn)亮sbitBLED=P3^4; //藍(lán)色LED低于正常范圍值點(diǎn)亮〔本次設(shè)計(jì)中用紅色LED燈替代〕sbitBELL=P3^2; //蜂鳴器報(bào)警控制端#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^7;//DS18B20定義使用單片機(jī)P37端口sbitlcden=P2^7;//1602使能sbitlcdrs=P2^5;//1602數(shù)據(jù)/命令選擇端sbitlcdrw=P2^6;//1602讀/寫選擇端sbitGLED=P1^7;//綠色LED正常范圍值點(diǎn)亮，在本次設(shè)計(jì)中未參加sbitRLED=P3^3; //紅色LED超過正常范圍值點(diǎn)亮sbitBLED=P3^4; //藍(lán)色LED低于正常范圍值點(diǎn)亮〔本次設(shè)計(jì)中用紅色LED燈替代〕sbitBELL=P3^2; //蜂鳴器報(bào)警控制端sbitK1=P1^0; //設(shè)置鍵/確定鍵sbitK2=P1^1; //數(shù)字調(diào)整鍵加1sbitK3=P1^2; //箭字調(diào)整鍵減****************************/sbitK1=P1^0; //設(shè)置鍵/確定鍵sbitK2=P1^1; //數(shù)字調(diào)整鍵加1sbitK3=P1^2; //箭字調(diào)整鍵減1uintwendu=0;//溫度初始數(shù)值0度uchartem_h=27,tem_l=15;//溫濕度上下限變量ucharkeyflag_1=0;//按鍵標(biāo)志位根據(jù)按鍵次數(shù)執(zhí)行操作內(nèi)容/********************延時(shí)函數(shù),延時(shí)一毫秒************************/voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=112;y>0;y--);}/**************************1602顯示****************************/voidwrite_cmd(charcmd)//寫指令函數(shù){ lcdrs=0;//低電位送指令 P0=cmd; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0;}voidwrite_data(uchardat)//寫數(shù)據(jù)函數(shù){ lcdrs=1;//高電位送數(shù)據(jù) P0=dat; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0;}voidwrite_str(uchar*str)//寫字符串函數(shù){ while(*str!='\0') { write_data(*str++); delay(60); }}/***************************初始化******************************/voidinit(){lcdrw=0;//先將RW拉低 lcden=0;//再把EN拉低 write_cmd(0x38);//顯示模式設(shè)置 write_cmd(0x0c);//開啟顯示屏，關(guān)光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍 write_cmd(0x06);//顯示地址遞增，即寫一個(gè)數(shù)據(jù)后，顯示位置右移一位 write_cmd(0x01);//去除屏幕 write_cmd(0x80);//數(shù)據(jù)指針把光標(biāo)移到第一行第一個(gè)位置}/************************DS18B20程序*************************/bitinit_DS18B20(){ ucharnum; bitflag; DQ=1; for(num=0;num<2;num++);//先拉高 DQ=0; for(num=0;num<200;num++);//480-960us powerup DQ=1; for(num=0;num<20;num++); //>60uswait flag=DQ; //響應(yīng) for(num=0;num<150;num++); // 60-240usds18b20存在信號(hào) DQ=1; returnflag;}voidDS18B20_WR_CHAR(ucharbyte)//寫18b20數(shù)據(jù)//{ ucharnum; ucharnum1; for(num1=0;num1<8;num1++) { DQ=0; //拉低 _nop_(); //下拉1us _nop_(); DQ=byte&0x01; //寫數(shù)據(jù)，從地位開始 for(num=0;num<20;num++); //>60uswait byte>>=1; DQ=1; //拉高 _nop_(); _nop_(); } //8位數(shù)據(jù)，一位一位的寫入ds18b20}ucharDS18B20_RD_CHAR() //讀18b20數(shù)據(jù){ ucharnum; ucharnum1; ucharbyte=0; for(num1=0;num1<8;num1++) { DQ=0; //拉低 _nop_(); DQ=1; for(num=0;num<1;num++);//<10us byte>>=1; if(DQ==1) byte|=0x80; else byte|=0x00; DQ=1; //拉高 _nop_(); _nop_(); for(num=0;num<20;num++);//>60us } returnbyte;}voidDS18B20_WENDU(){ uchartemperaturel=0; uchartemperatureh=0;if(init_DS18B20()==0) { DS18B20_WR_CHAR(0xcc); //發(fā)命令:SkipROM，跳過讀序列號(hào) DS18B20_WR_CHAR(0x44); //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換if(init_DS18B20()==0) { DS18B20_WR_CHAR(0xcc); 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