罗云-基于单片机的温度实时监控系统

罗云-基于单片机的温度实时监控系统内容摘要：

海学院 2020 届本科毕业设计 9 号 引 脚 RST RES(8 脚 )“ RST 是复位信 号输 入端，高 电平 有效。 当 此 输 入端保 持两个 机器周期 (24个时钟 振 荡 周期 )的高 电平时 ，可以完成复位操作。 (输 入 /输 出 )P0、 P P2 和 P3 标 准 51 单 片机，如 805 803 AT89C5 AT89S5 AT89S52 等有 4 个 I/O(输 入 /输 出 )口，分 别为： P0 口： P0 口是 一 个 漏极 开 路的 8 位 双向 I/O 口。 作 为 漏极八路的 输 出端口，每次 能驱动 8个 Ls型 TTL 负载。 当 P0口作 为输 入口使用 时 ，其先向 锁 存器 (地址 80H)写 入全 1，此 时 P0 口的全部引 脚悬 空，叫做 为 高阻抗 输 入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8位地址、数据复用。 这种情模式下， P0 具有内部上拉电阻。 在 Flash 编程时， P0 口也接受指令字节，在编程校验时输出指令字节，程序校验时，也需要外部上拉电阻。 P1口： P1口是一 个带 上拉 电阻 的 8位准 双向 I/O端口每一 位能驱动 (吸收 成输 出 电 流 )4个 LS 型 TTL 负载。 对 P1 端 口写“ 1”时，内部上拉电阻端口拉高，此时可以作为输入口使用。 在 Flash 编程和校验时， P1 口接受低 8位地址字节。 如表 30 表 30 图 AT89S52单 片机晶振接法 图 外部 时钟电 路 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 10 P2口： P2 口是一 个带内 部上接 电阻 的 8位准 双向 埠。 P2 口的每一 位能驱动 4个 LS型TTL 负载。 对 P2 口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉底的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流在访问外部程序存储器时， P2 口送出高八位地址。 P3口： P3 口是一 个带内 部上接 电阻 的 8位准 双向 埠。 P3 口的每一 位能驱动 (吸收或 输出 电 流 )4 个 LS 型 TTL负载。 P3口与其它的 I/O 埠有很大 区别 ，它除作 为 — 般准 双向 I/O口外，每 个 引 脚还 具有 专门 的功能， 见 表 31。 表 31端口引脚功能 P1口也是一 个 准 双向 口，作通用 I/O 口使用。 其 电 路 结构见 图。 图 P1口作通用 I/O口使用 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 11 特殊功能寄存器（ SFR）的地址空间如表 32所示 表 32 定时器 2 寄存器： 寄存器 T2CON 和 T2MOD 包含定时器 2 的控制位和状态位（如表 33） 表 33 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 12 中断寄存器：各中断允许位在 IE 寄存器中，六个中断源的两个优先级也可以在 IE 中设置。 双数据指针寄存器：为了更有利于访问内部和外部数据存储器，系统提供了两路 16位数据指针寄存器，位于 SFR中 82H~85H。 掉电标志位：掉电标志位（ P0F）位于特殊寄存器 PCON 的第四位，上点期间， POF 置“ 1”。 POF可以软件控制。 看门狗定时器： WDT 是一种需要软件控制的复位方式， WDT 有 13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器构成， WDT 在默认情况下无法工作，位了激活 WDT，用户必须往 WDTRST 寄存器中依次写入 01EH 和 0E1H，当 WDT 激活后，晶振工作， WDT 在美国机器周 期都会增加， WDT 计时周期依赖于外部晶振的时钟频率。 当 WDT 溢出，它将驱动 RSR 引脚一个高个电平输出。 定时器 0和定时器 1：在 AT89S52 中，定时器 0和定时器 1 的操作于 AT89S51 和 AT89C51北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 13 一样。 定时器 2：定时器 2 是一个 16 位定时 /计数器，它既可以做定时器，也可以做事件计数器，其工作方式由特殊寄存器 T2CON 中的 C/T位选择，由三种工作方式。 如表 34所示 表 34 中断： AT89S52 有 6个中断源：两个外部中断（ INT0 和 INT1），三个定时中断（定时器 0、 2）和一个串行中断。 每个 中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器 IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。 IE 还包括一个中断允许总控制位 EA，它能一次禁止所有中断。 位是不可用的。 对于 AT89S52， 位也是不能用的。 用户软件不应 给这些位写 1。 它们为 AT89 系列新产品预留。 定时器 2 可以被寄存器 T2CON 中的TF2 和 EXF2 的或逻辑触发。 程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清 0。 实际上，中断服务程序必须判定是否是 TF2 或 EXF2 激活中断，标志位也必须由软件清 0。 定时器 0 和定时器 1 标志位 TF0 和 TF1 在计数溢出的那个周期的 S5P2 被置位。 它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。 然而，定时器 2的标志位 TF2在计数溢出的那个周期的 S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。 如表 35所示 表 35 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 14 温度传感器 DS18B20 集成式数字温度传感器 DS1820 的出现开辟了温度传感器技术的新领域，它利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量。 而可组网数字温度传感器 DS18B20 则是 DS1820的更新产品，它在电压、特性及封装方面都更具有优势，给了用户更多的选择，让用户可以更方便的构建适合自己的测温 系统。 DS18B20 充分利用了单总线的独特特点，可以轻松的组建传感器网络，提供系统的抗干扰性，使系统设计更灵活、方便、而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。 DS18B20 简介 DS18B20 是美国 DALLAS 公司最新推出的一种可组网数字式温度传感器，与 DS1820 相同， DS18B20 也能够直接读取被测物体的温度值，但是与 DS1820 相比， DS18B20 的功能更强大些。 它体积小，电压使用范围宽（ 3V5V），用户还可以通过编程实现 912 位的温度读数，即具有可调的温度分辨率，因此它的实用性 和可靠性比同类产品更高。 另外， DS18B20有多种封装可选，如 TO9 SOIC 及 CSP封装。 图 DS18B20 的管脚排列图。 由图 可见， DS18B20 只是一个数据输入 /输出口，属于单总线专用芯片之一。 DS18B20工作时被测温度值直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。 其内部采用在板温度测量专用技术，测量范围为 55186。 C～ +125186。 C，在 10186。 C～ +85186。 C 时，精度为  186。 C。 每个 DS18B20 在出厂时已具有唯一的 64 位序列号，因此一条总线上可以同时挂接多个 DS18B20，而不会出现混乱现象。 另外用户还可自设定非易失性温度报警上下限值 TH 和 TL（掉电后依然保存）。 DS18B20 在完成温度变换后，所测温度值将自动与存储在TH和 TL 内的触发值相比较，如果测温结果高与 TH或低于 TL， DS18B20 内部的告警标志就会被置位，表示温值超出了测量范围，同时还有报警搜索命令识别出温度超限 DS18B20。 图 为 DS18B20 的内部存储结构图，它包括一个暂存 RAM 和一个非易失性可擦除2ERAM。 图 DS18B20的管脚排列图 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 15 其中暂存存储器作用是在单线通信时确保数据的完整性，它包括 8个字节，头两个字节表示测得的温度读数，数据格式如下： S=1 时表示温度为负， S=0 时表示温度为正，其余低于以二进制补码形式表示，最低位为 1时表示 ℃。 温度 /数字对应关系如上表所示。 DS18B20 内部暂存存储器的第 5 个字节是结构寄存器，它主要用于确定温度值的数字转换分辨率。 字节结构如下： 其中 1R 、 0R 用于设置分辨率。 DS18B20 的硬件连接 DS18B20 与单片机的接口极其简单，只需将 DS18B20 的信号线与单片机的一位双向端口相连即可。 如图 （ a）所示。 此时应注意将 VDD、 DQ、 GND 三线焊接牢固。 另外也可用两个端口，即接收口与发送口分开，这样读写操作就分开了，不会出现信号竞争的问题。 如图 （ b）所示。 此图是采用寄生电源方式，将 DS18B20 的 VDD 和 GND接在一起。 如若VDD脱开未接好，传感器将只送 +℃的温度值。 一般测温电缆线采用屏蔽 4芯双绞线，其中一对接地线与信号 线，另一对接 VDD和地线，屏蔽层在源端单点接地。 图 DS18B20内部存储结构图 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 16 图 DS18B20与单片机的接口 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 17 4 温度监控系统的设计 硬件设计 基于单片机的温度监控主要有以下几部分：温度检测数据采集部分， LED 数码管显示电路、报警及控制输出部分、单片机及按键电路设计等几个部分，下面分别加以介绍，硬件模块如图 所示。 图 硬件模块图 温度检测部分 温度传感器有很多种，如热敏电阻，热电偶， PN 结，半导体温度传感器等。 这里选用单总线数字输出的集成半导体温度传感器 DS18B20，其特点： 独特的单线接口方式， DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯 ； 测温范围－ 55℃ ～＋ 125℃ ，固有测温分辨率 ℃； 支持多点组网功能，多个 DS1820 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温 ； 工作电源 :3～ 5V/DC。 温度检测数据采集电路如图 ，由温度传感器 DS18B20 采集被控对象的实时温度，提供给 AT89C51 的 I/O 口作为数据输入。 在本次设计中我们所控的对象为热水的温度。 AT89S52 温度采集模块 （ DS18B20 温度传感器） 键盘调整模块 温度显示模块 （采集到的实时温度） 蜂鸣器报警电路模块 温度校正显示模块 加热处理模块 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 18 GND1I/O2VCC3DS18B20U3DS18B20R8VCC 图 温度传感器电路 LED 数码管显示电路 显示器分为数码管和液晶显示，我所采用是的数码管显示，其外形和引脚如下图所示： LED 数码有共阳和共阴两种，把这些 LED 发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个 8 字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳 机极数码管； 相反的，就叫共阴的 （如下图所示） 那么应用时这个脚就分别的接 VCC 和 GND。 再把多个这样的 8 字装在一起就成了多位的数码管了。 基于单片机的热水控制器采用 7段数 LED码管显示，这里采用 6个数码管显示温度，两位显示设定的最高温度、两位显示设定的最低温度、两位显示热水的当前温度。 图 数码管外形和引脚图 图 共阴极和共阳极数码管内部电路 北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计 19 6 位共阳极数码管采用扫描形式工作，其 8 个数据为接在单片机灌电流驱动能力最大的 PO 口， AT89C51 单片机的 P0口的每一个 I/O 都能能吸收 8 个 TTL 逻辑器件的输入漏电流，算下来能驱动约 10mA。 能驱动数码管的 8 个数据阴极。 6 位共阳极数码的 6 个阳极采用 6 个 PNP 三极管 9012 驱动。 用单片机 6个 I/O 口控制。 LED数码管显示电路如图 所示。 图 数码管显示电路 报警及控制输出部分 当温度超过最高温度 +3 度时，温度控制系统需停止加热并报警；当温度低于最低温度3度时，需开始加热，这就需要报警电路及输出模块。 声音报警电路通过驱动蜂鸣器发声实现，当其接通 5V 的电压会发出蜂鸣叫声。 原理图如图 ， NPN 型三极管 8050 驱动蜂鸣器，当单片机 I/O口输出高电平时蜂鸣器发声 此外，温控系统的控制信号同样由单片机输出，经过三极管 Q3 驱动继电器 J1， J1 具有两对常开和常闭接点，利用其常开接点串到加 热器件的控制回路中，可以实现加热器件的控制。 电路中二极管 D1为续流二极管， 继电器 线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。 当电流消失时，其感应电动势会对电路中的 三极管 Q3 产生反向电压。 当反向电压高于 Q3。