温度监测控制系统设计方案

1、温度监测控制系统设计方案第一章总体设计方案1.1 计设要求(1) 基本围-50CT10C(2) 精度误差小于0.5C(3) LED数码直读显示(4) 可以任意设定温度的上下限报警功能1.2系统基本设计方案方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温围-200650C

2、，百度电阻比W(100)=1.3850时，R0为100Q和10Q，其允许的测量误差A级为土(0.15C+0.002|t|),B级为土(0.3C+0.005|t|)。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180C测温。方案二：采用DS18B20温度传感器，由于温度测量的普遍性，温度传感器的市场份额大大增加，居传感器首位。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现在，新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度围为-55C+125C。在-1

3、0C+85C围，精度为土0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。第二章DS1820单线数字温度传感器2.1 DS1820温度传感器介绍本温度报警器采用美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20（如图2.1）,可以把温度信号直接转换成串行数字信号工微机处理，是模数转换器件，而且读DS18B20信息或写DS18B20信息仅需要单线接口，使用非常方便；其测温围551+1251,在-10+851时精度

4、为土0.51,可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5C、0.25C、0.125C和0.0625C，可实现髙精度测温在9位分辨率时最多在93.75ms把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms把温度值转换为数字，速度更快；同时DS18B20在使用中不需要任何外围元件（仅需一个4.7K的上拉电阻），全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路，硬件电路十分简单。图2.1：:血I.AS：JSJSA：引脚排列底视NCNCNCNCNfNCNCNCNCNf1 :GND接地2 :DQ数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路（见“寄生电源”节）3 :VDD可选的VDD引脚。具体接

5、法见“寄生电源”节wV-rrGNJ-地血-数据I/O丫严可选VDDnr-inI1-12.1.1 DS1820温度传感器特性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电零待机功耗测温围-55+125C,以0.5C递增。华氏器件-67+2570F,以0.90F递增 温度以9位数字量读出温度数字量转换时间200ms（典型值） 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统2.1.2 DS1820供电的方法DS1820供电的方法是从VDD引脚接入一

6、个外部电源。这样做的好处是I/O线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。另外，在单线总线上可以挂任意多片DS1820,而且如果它们都使用外部电源的话，就可以先发一个SkipROM命令，再接一个ConvertT命令，让它们同时进行温度转换。注意当加上外部电源时,GND引脚不能悬空。温度髙于100C时，不推荐使用寄生电源，因为DS1820在这种温度下表现出的漏电流比较大，通讯可能无法进行。在类似这种温度的情况下，强烈推荐使用DS1820的VDD引脚。对于总线控制器不知道总线上的DS1820是用寄生电源还是用外部电源的情况

7、，DS1820预备了一种信号指示电源的使用意图。总线控制器发出一个SkipROM协议，然后发出读电源命令，这条命令发出后，控制器发出读时间隙，如果是寄生电源,DS1820在单线总线上发回“0”，如果是从VDD供电，则发回“1”，这样总线控制器就能够决定总线上是否有DS1820需要强上拉。如果控制器接收到一个“0”，它就知道必须在温度转换期间给I/O线提供强上拉。関烷光刻ROM8HTCKC码48EFT序列号HSI一系列码(10h)MSBLSHMSBLSt5MSBLSi64位（激）光刻ROM每只DS1820都有一个唯一的长达64位的编码。最前面8位是单线系列编码（DS1820的编码是19h）。下面

8、48位是一个唯一的序列号。最后8位是以上56位的CRC码。（见图5）64位ROM和ROM操作控制区允许DS1820做为单线制器件并按照详述于“单线总线系统”一节的单线协议工作。只有建立了ROM操作协议，才能对DS1820进行控制操作。这个协议用ROM操作协议流程图来描述（图6）。单线总线控制器必须得天独厚提供5个ROM操作命令其中之一：1）ReadROM,2）MatchROM,3）SearchRom,4）SkipROM，5）AlarmSearch。成功进行一次ROM操作后，就可以对DS1820进行特定的操作，总线控制器可以发出六个存储器和控制操作命令中的任一个OCRC发生器DS1820中有8位

9、CRC存储在64位ROM的最髙有效字节中。总线控制器可以用64位ROM中的前56位计算出一个CRC值，再用这个和存储在DS1820中的值进行比较，以确定ROM数据是否被总线控制器接收无误。CRC计算等式如下：CRC=X8+X5+X4+1DS1820同样用上面的公式产生一个8位CRC值，把这个值提供给总线控制器用来校验传输的数据。在任何使用CRC进行数据传输校验的情况下，总线控制器必须用上面的公式计算出一个CRC值，和存储在DS1820的64位ROM中的值或DS1820部计算出的8位CRC值（当读暂存器时，做为第9个字节读出来）进行比较。CRC值的比较以及是否进行下一步操作完全由总线控制器决定。

10、当在DS1820中存储的或由其计算的CRC值和总线控制器计算的值不相符时，DS1820部并没有一个能阻止命令序列进行的电路。2.1.3 DS1820存储器DS1820的存储器结构示于图8。存储器由一个暂存RAM和一个存储髙低温报警触发值TH和TL的非易失性电可擦除(E2)RAM组成。当在单线总线上通讯时，暂存器帮助确保数据的完整性。数据先被写入暂存器，这里的数据可被读回。数据经过校验后，用一个拷贝暂存器命令会把数据传到非易性(E2)RAM中。这一过程确保更改存储器时数据的完整性。暂存器ATHJ用户字节*TL-用户字节22.1.4报警搜索操作DS1820完成一次温度转换后，就拿温度值和存储在TH

11、和TL中的值进行比较。因为这些寄存器是8位的，所以0.51位被忽略不计。TH或TL的最髙有效位直接对应16位温度寄存器的符号位。如果测得的温度髙于TH或低于TL,器件部就会置位一个报警标识。每进行一次测温就对这个标识进行一次更新。当报警标识置位时,DS1820会对报警搜索命令有反应。这样就允许许多DS1820并联在一起同时测温，如果某个地方的温度超过了限定值，报警的器件就会被立即识别出来并读取，而不用读未报警的器件。2.1.5 DS1820的协议单线总线的空闲状态是高电平。无论任何理由需要暂停某一执行过程时，如果还想恢复执行的话，总线必必须停留在空闲状态在恢复期间，如果单线总线处于非活动（高电

12、平）状态，位与位间的恢复时间可以无限长。如果总线停留在低电平超过480us,总线上的所有器件都将被复位。执行序列通过单线总线端口访问DS1820的协议如下：初始化 ROM操作命令 存储器操作命令 执行/数据2.1.6 DS1820的说明1）DS1820数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值。2）DS1820通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器DS1820之间仅需一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。3）因为每个DS1820都有一个独特的片序列号，所以多只DS1820可以同时连在一根单线总线上2.1.7 DS1820的工作时序：1

13、）初始化（如下时序图）初始优过程“复位和存在脉沖”C圈11、控制器T心位脉冲48Q隅mimdrmunii60-24DlisDS1820-ft电平息钱控制器氐电平电阴上拽髓翳器WDS182同控制器Ra4B0usminlrmimDS1I820Tx先将数据线置高电平1950psmaximum 延时（该时间要求不是很严格，但要尽可能的短） 数据线拉低到低电平0 延时750us（该时间围在480-960us） 数据线拉到高电平1. 延时等待。如果初始化成功则在15-60ms产生一个有DS18B20返回的低电平0，据该电平可以确定它的存在。但不能一直等待，否则程序会进入死循环，所以要进行超时判断。 若CP

14、U读到数据线上的低电平0后，还要进行延时，其延时时间从发出算起（第5步的时间起）最少要480us 将数据线再次拉高到高电平1后结束。（2）DS18B20写数据（如下时序图）: 数据线先置低电平0. 延时确定的时间为15us。 按从低位到高位的顺序发送数据（一次只发送一位） 延时时间为45us 将数据位拉到高电平1 重复-步骤，直到发送完整个字节。 最后将数据线拉高到1.（3）DS18B20读数据（如下时序图）： 将数据线拉高到1. 延时2us 将数据线拉低到0 延时6us 将数据线拉高到1 延时4us 读数据线上的状态得到一个状态位，并进行数据处理 延时30us 重复-步骤，直至读取完一个字节

15、第三章系统组成及工作原理3.1系统总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图3.1所示，控制器采用单片机STC89S52,温度传感器采用DS18B20,用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。图温度监测控制系统的电路如图3.1.2AOIjJL豳Ff15DrCJ1PSD円.PjBI阳P35咖Hj曲X：U1LMl：旳DODLIS的QL仍Qt)5ITwcIjffl舛!iBT11.IDDL_旦巫LHl55n帝SPUtJ图3.1.2：温度监测控制系统的电路3.2温度监控系统的功能和工作原理如下3.2.1该温度监控系统包含以下功能：1）显示周围环境的当前温度当操作人员将该装置放在要

16、测量的环境中，通过该系统自带的DS18B20温度传感器，可以实时检测到当前环境温度的变化，并且在数码管上现实当前的温度（围-20C-120C）。2）报警和启动制冷制热系统该装置设置了温度的上、下限值。当环境的温度髙于设置的上限值时，报警的警铃响起，同时自动启动制冷系统；如果当环境的温度低于设置的下限的温度值时，报警的警铃响起，同时自动启动制热系统。（用二极管显示代替制冷、制热系统工作3）设置温度的上、下限值根据用途不同，该系统可以做控制温度装置。但环境的不同，人们对环境的温度也有不同的要求。该装置温度的上、下限值可以通过按钮来自由设置。（该装置温度的限值在0C120C）3.2.2系统的工作原理

17、当系统通电工作时，DS18B20温度传感器通过自身的检测，直接将温度转化成串行数字信号。51单片机通过引脚P3.5将数据接收，然会通过引脚P2.0P2.7将数据并行输出，经过74LS573锁存器驱动数码管显示检测到的温度。当检测到的温度高于设置温度的上限值时，单片机的P3.6引脚输出电平蜂鸣器beef响起报警，警铃的声音频率稍慢，同时P3.2引脚输出电平二极管D1闪烁（这里代表启动了制冷装置）。如果此时温度继续上升，并高出了设置温度上限的2度蜂鸣器响起报警的警铃音频率加快，且P3.3引脚也输出电平二极管D2和D1一起闪烁（这里代表启动了强制冷装置）。当温度恢复设置的温度值，蜂鸣器不响，报警解除

18、；同时二极管不闪烁（制冷装置停止工作）。如果当检测到的温度低于设置温度的下限值时，单片机的P3.6引脚输出电平beef蜂鸣器响起报警，警铃的声音频率稍慢，同时P3.0引脚输出电平二极管D3闪烁（这里代表启动了制热装置）。如果此时温度继续下降，并低于了设置温度下限的2度蜂鸣器响起报警的警铃音频率加快，且P3.2引脚也输出电平二极管D4和D3一起闪烁（这里代表启动了强制热装置）。当温度恢复设置的温度值，蜂鸣器不响，报警解除；同时二极管不闪烁（制热装置停止工作）。当按下S1时，P2.0输出髙电平，二极管D5亮，51单片机通过P2.0,P2.0读出原先存储在24C02存储器里的下限值，并通过数码管显示

19、。此时可以通过S3加大温度下限的值，通过S4减小温度下限的值；当按下S2时，51单片机通过P2.0，P2.0读出原先存储在24C02存储器里的上限值，并通过数码管显示。此时可以通过S3加大温度上限的值，通过S4减小温度上限的值。在设置的过程中，如果设置的下限温度大于了上限的温度，或者设置的上限温度小于了下限温度，设置出错。此时P3.6引脚输出电平蜂鸣器beef响起报警，且P2.2输出髙电平二极管D7亮。直至设置正确报警解除，二极管D7灭。按下S5完成温度的限值设置，且把设置的温度存储在24C02存储器里。第四章系统软件算法析4.1主程序流程图4.1.1按键扫描处理子程序voidkeyzi()u

20、intd,g;ucharww1,www1;if(dg)/判断髙低温是否设置矛盾led33=0;beep=0;elseled33=1;beep=1;if(key1=0)delay(10);if(key1=0);while(!key1);ww1=read_add(1);d=ww1;shezhi=d;dis_temp(d);ledll=0；/设置灯闪等待，系统diwen=1;led22=1；gaowen=0；flag=1；if(key2=0)delay(10)；if(key2=0)；while(!key2)；www1=read_add(3)；g=www1；dis_temp(g)；led22=0；/设

21、置灯闪等待，系统gaowen=1；led11=1；diwen=0;flag=1;if(key5=0)delay(10);if(key5=0);while(!key5);gaowen=0;diwen=0;led11=1;led22=1;beep=1;led33=1;flag=0;if(diwen=1)ww1=read_add(1);d=ww1;shezhi=d;dis_temp(shezhi);if(key3=0)delay(10);if(key3=0);while(!key3);shezhi=shezhi+1;if(shezhi=120)shezhi=120;write_add(1,shezh

22、i);dis_temp(shezhi);if(key4=0)delay(10);if(key4=0);while(!key4);if(shezhi=0)shezhi=0;elseshezhi=shezhi-1;/if(shezhi=120)shezhi=120;write_add(3,shezhi);dis_temp(shezhi);if(key4=0)delay(10);if(key4=0);while(!key4);if(shezhi=0)shezhi=0;elseshezhi=shezhi-1;/shezhi=shezhi-1;write_add(3,shezhi);dis_temp(s

23、hezhi);4.1.218B20温度传感器初始化voiddsreset(void)/18B20复位，初始化函数uinti;ds=0;i=103;while(i0)i-;ds=1;i=4;while(i0)i-;4.1.3温度转换命令子程序子程序voidtempchange(void)/DS18B20开始获取温度并转换dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc)；/写跳过读ROM指令tempwritebyte(0x44);/写温度转换指令*读1位函数bittempreadbit(void)/读1位函数uinti；bitdat；ds=0；i+；/i+起延时作用ds

24、=1；i+；i+；dat=ds；i=8；while(i0)i-；return(dat)；*读1位函数uchartempread(void)/读1个字节uchari,j,dat；dat=0；for(i=1;i=8;i+)j=tempreadbit();dat=(j1);/读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里return(dat);4.1.4读出温度子程序intget_temp()/读取寄存器中存储的温度数据uchara,b;dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe);a=tempread();/读低8位b=

25、tempread();/读高8位temp=b;b=b&0x0f8；/髙五位符号位【重要】temp=8;/两个字节组合为1个字temp=temp|a；if(b=0x0f8)/第11为开始为1是读的值为负值temp=temp+1；/实际的负温度LedOut0=0x40；/显示负号f_temp=temp*0.0625；/温度在寄存器中为12位分辨率位0.0625temp=f_temp*10+0.5;/乘以10表示小数点后面只取1位，加0.5是四舍五入f_temp=f_temp+0.05;returntemp；/temp是整型4.1.5显示数据刷新子程序voiddis_temp(intt)inti,L

26、edNumVal;LedNumVal二t；/把实际温度送到LedNumVal变量中if(LedOut0=0x40)/第11为开始为1是读的值为负值LedOut0=0x40；/显示负号elseLedOut0=tableLedNumVal/1000；/百位LedOut1=tableLedNumVal%1000/100；/十位if(flag=1)LedOut2=tableLedNumVal%100/10；/个位elseLedOut2=tableLedNumVal%100/10+10；/个位+10为了显示小数点LedOut3=tableLedNumVal%10；/为小数位for(i=0;iww-2)&(t0;d-)dis_temp(get_temp();beep=1;for(d=20;d0;d-)dis_temp(get_temp();/小于25度elseif(t0；d-)dis_temp(get_temp()；beep=1；for(d=15；d0；d-)dis_temp(get_te