课程设计主从式温度监测报警与控制系统

1、题目 主从式温度监测报警与控制系统 任务与要求：设计以单片机为从机利用温度传感器对环境温度进行监测，将结果通过标准串行口传送通信给微机主机，由微机跟踪显示目标状态；若超过设定值，则从机目标状态以某种现场变化为提示，主机则以某种直观警方式为提示。设计硬件电路，编写pc机和单片机的控制程序，写出设计报告及详细使用说明。开始日期 2011年6月 20 日完成日期 2011 年6月 21 日主从式温度监测报警与控制系统摘要：本设计分为硬件电路设计和pc设计两部分。硬件电路设计主要由单片机at89s52、温度传感器ds18b20、max232芯片、四位一体共阴极数码管以及rs232母头组成，该电路主要是

2、由对环境温度进行监控，然后用数码管显示出来，再将所测温度通过母头传入pc机。pc机部分主要是对温度进行监测，如果超过设定值，pc机和电路都会以一定的方式进行反应。关键词：单片机at89s52、温度传感器ds18b20、max232芯片、四位一体共阴极数码管以及pc部分程序一、主要器件功能介绍1at89s52单片机图1 at89s52单片机管脚图at89s52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，

3、拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能：8k字节flash，256字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2数字温度传感器ds1820图2

4、数字温度传感器ds1820ds18b20有三个引脚，gnd接地；dq为数字信号输入输出端；vdd为外接电源输入端。图3 ds18b20的内部结构ds18b20内结构主要由4部分组成：64位光刻rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th、tl和配置寄存器。64位光刻rom：光刻rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds18b20的地址序列码，即id。它的作用是使每一个ds18b20的地址都各不相，可以实现在相同的总线上挂接多个ds18b20的目的。64位光刻rom的排列是开始8位（28h）是产品类型标号，接着的48位是该ds18b20自身序列号，最后8位是前面56位的循环冗

5、余校验码（crc=x8+x5+x4+1）。温度传感器：在ds18b20温度传感器的使用中，以9位转化为例，从ds18b20中得到16位符号扩展的二进制补码读数形式，以0.5/lsb的形式表达，其中s为符号位，二进制的数存储在ds18b20的2个8位的ram中，这是9位转化后得到的16位数据，其中前面5位是符号位，如果测得温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.5即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测得到的数值需要取反加1再乘以0.5即可得到实际温度。非发挥的温度报警触发器th、tl：ds18b20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存ram和一个非易失性的电可擦除的eepra

6、m，后者存放高温度和低温度触发器th、tl和结构寄存器。当温度达到低温或高温的时候，温度报警触发器会发出警报。高速暂存ram：高速暂存存储器包含了9个连续字节，如表-1，当温度转换命令发出后，经转换所得的温度值存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节内，第0个字节存放的是温度的低8位信息，第1个字节存放的是温度的高8位信息，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后；第2、3字节是th、tl的易失性拷贝，第4个字节是结构寄存器的易失行拷贝，这三个字节的内容每一次上电复位时被刷新；第5、6、7字节用于内部计算；第8个字节是冗余检验字节。ds18b20的设置位有一个字节，该字节的各位定

7、义为tmr1r011111,每一次进行针对ds18b20的读写前，都需要对ds18b20进行设置，从上面的定义可以看出，该字节的低5位一直都是1，tm位是测试模式位，用于设置ds18b20在工作模式及测试模式。在ds18b20出厂时该位被置为0，用户不要进行改动，r1、r0用来设置分辨率。3max232芯片图4 max232芯片引脚图a)引脚介绍：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给rs-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（r1in）、1

8、2脚（r1out）、11脚（t1in）、14脚（t1out）为第一数据通道。8脚（r2in）、9脚（r2out）、10脚（t2in）、7脚（t2out）为第二数据通道。ttl/cmos数据从t1in、t2in输入转换成rs-232数据从t1out、t2out送到电脑db9插头；db9插头的rs-232数据从r1in、r2in输入转换成ttl/cmos数据后从r1out、r2out输出。 第三部分是供电。15脚gnd、16脚vcc（+5v）。b)主要特点1、符合所有的rs-232c技术标准 2、只需要单一+5v电源供电 3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10v和-10v电压v+

9、、v- 4、功耗低，典型供电电流5ma 5、内部集成2个rs-232c驱动器 6、内部集成两个rs-232c接收器 7、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。4四位一体共阴极数码管图5 四位一体共阴极数码管最常用的是七段式和八段式led数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。所谓的八段就是指数码管里有八个小led发光二极管，通过控制不同的led的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个led的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个led的另一端高电平，它便能点亮。二、温度显示设计电路：图6 温度显示电路图说明：根据感应的温度，在数码管里显示。

10、三、电路图片图7 电路正面图8 电路背面图9 温度显示照片图10 温度上升四、总结：这个电子综合课程设计包括了硬件电路和pc部分两大块，硬件电路方面做了一个温度的显示电路，总体的难度也是体现在温度传感器ds1820的理解和应用上，至于pc部分就是体现在对传入温度进行处理的编程,但是这次由于时间太急，因此只是做了温度显示的部分而没有做pc机的部分。这次课程设计同时锻炼了我们电路设计能力和编程能力，经过这次的锻炼，我们的能力得到长足的进步。另外，关于这次课程设计的所有资料的查找，也锻炼了我们的资料搜索能力。这次课程设计完成的时间实在是很紧迫，但在我们看来这也是对我们意志的一种考验，每一次面对困难时

11、，只有勇于面对，我们也明白只有通过磨练，人的能力才会提升。五、参考文献：1郭瑜茹,张朴.光电子技术及其应用.化学工业出版社 ，20062康华光.电子技术基础 数字部分.高等教育出版社，2006 3康华光.电子技术基础 模拟部分.高等教育出版社，20064李朝青单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社. 2009.34-39附录：单片机程序： 程序名： 芯片ds18b20驱动程序 自身函数：void delay10us_f( uint16 count ) uint8 ds18b20init_f( void )void ds18b20write_byte( uint8 cmd )uint8 ds

12、18b20read_byte( void )uint16 ds18b20readtemp_f( void )void temperatureupdate( void ) 全局变量： uint16 idata tempdat 以十进制形式保存所获得温度值uint8 idata temperature 4 保存温度值的数组.依次存放正负标志,温度值十位,个位,和小数位 引用的外部函数或变量： 无 功能： 对 ds18b20 进行初始化对 ds18b20 进行数据读写的操作。 实现温度的获取。 */* 以下为 ds18b20 的驱动程序 */#include #include #define uin

13、t8 unsigned char#define sint8signed char#define uint16 unsigned short#define sint16signed short#define nop _nop_()/*定义芯片ds18b20的数据输入输出管脚*/sbit io_ds18b20_dq = p37 ; / #define ds18b20_dq_high io_ds18b20_dq = 1 #define ds18b20_dq_lowio_ds18b20_dq = 0 #define ds18b20_dq_read io_ds18b20_dq #define uchar

14、 unsigned charvoid delay2ms();/* 函数声明 */void delay10us_f( uint8 dt ) ;uint8 ds18b20init_f( void );void ds18b20write_byte( uint8 cmd );uint8 ds18b20read_byte( void );uint16 ds18b20readtemp_f( void );void temperatureupdate( void );float idata temp_v ;/*声明以十进制形式保存温度值的变量 tempdat */uint8 idata temperatur

15、e 4 ; /*声明保存温度值的数组.依次存放正负标志,温度值十位,个位,和小 */uchar code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xef,0xdf,0x00,0x40; uchar i; uchar a,b; uchar code temp=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /*显示哪一位?*/*函数名：delay_10us*/*输入：uint16 count（延时的时间大小）*/*输出： 无*/*功能：延时10

16、us函数*/void delay10us_f( uint8 dt ) while( -dt0 ); /*函数名：ds18b20init_f*/*输入：无*/*输出： uint8 flag（复位成功与否标志）*/*功能：初始化芯片ds18b20*/uint8 ds18b20init_f( void ) bit flag ; ds18b20_dq_high ; /*稍作延时*/ nop ; ds18b20_dq_low ; /总线拉低 delay10us_f(50) ; /延时大于480us nop ; ds18b20_dq_high ; /总线释放 delay10us_f(10) ; /等待ds

17、18b02复位 flag = ds18b20_dq_read ; /如果flag为0,则复位成功,否则复位失败 delay10us_f(15) ;nop ;nop ;ds18b20_dq_high ; return flag ; /*函数名：ds18b20write_byte( uint8 cmd )*/*输入：uint8 cmd（需要写入的命令）*/*输出： 无*/*功能：对芯片ds18b20进行写命令*/void ds18b20write_byte( uint8 cmd ) uint8 i ; for( i = 8 ; i 0 ; i- ) ds18b20_dq_low ;/拉低总线,开始

18、写时序delay10us_f( 2 ) ; ds18b20_dq_read = cmd & 0x01 ; /控制字的最低位先送到总线 delay10us_f( 4 ) ; /稍作延时,让ds18b20读取总线上的数据 nop ;nop ; ds18b20_dq_high ; /拉高总线,1bit写周期结束 cmd = 1 ; /*函数名：ds18b20read_byte*/*输入：无*/*输出：readvalue（从ds18b20读取的数据）*/*功能：从ds18b20中读取一个字节的数据*/uint8 ds18b20read_byte( void ) uint8 readvalue = 0

19、, i ; for( i = 8 ; i 0 ; i- ) ds18b20_dq_low ; readvalue = 1 ; ds18b20_dq_high ; if( ds18b20_dq_read = 1 ) readvalue |= 0x80 ; delay10us_f( 3 ) ; return readvalue ; /*函数名：ds18b20readtemp_f*/*输入：无 */*输出： returntemp（读取的温度值）*/*功能：读取当前的温度数据(只保留一位小数)*/uint16 ds18b20readtemp_f( void ) uint8 temph, templ ;

20、 uint16 returntemp ; ds18b20init_f() ; /复位ds18b20 ds18b20write_byte( 0xcc ) ; /跳过rom ds18b20write_byte( 0x44 ) ; /启动温度转换 ds18b20init_f() ; ds18b20write_byte( 0xcc ) ; /跳过rom ds18b20write_byte( 0xbe ) ; /读取ds18b20内部的寄存器内容 templ = ds18b20read_byte() ; /读温度值低位（内部ram的第0个字节） temph = ds18b20read_byte() ; /读温度值高位（内部ra