环境温度监测系统

1课题三、环境温度监测系统一、设计要求环境温度监测系统广泛地用于住宅小区、楼宇建筑和设备内部等。其主要功能和指标如下：1、可以监测8点环境温度信号，可以扩充；2、测量范围为0.00℃～99.9℃，可以扩充到－55℃～＋125℃，精度为±0.5℃；3、用4位数码管进行循环显示，其中最高位显示通道提示符A～H，低3位显示实际温度值，每秒切换一个通道进行轮流显示；4、可以随时查看指定通道的温度值（扩充功能）。二、设计指导1、方案选择该系统主要由温度检测和数据采集两部分组成。下面列举两种实现方案：方案一：温度检测可以使用低温热偶或铂电阻，数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机。考虑到一般的A/D输入通道都只能接收大信号，所以还应设计相应的放大电路。此方案的软件简单，但硬件复杂，且检测点数追加时，成本会有较大增长幅度。方案二：使用单片机和单总线温度传感器构成。单总线温度传感器可以采用DALLAS公司生产的DS18B20系列，这类温度传感器直接输出数字信号，且多路温度传感器可以挂在1条总线上，共同占用单片机的1条I/O线即可实现接口。在提升单片机I/O线驱动能力的前提下，理论上可以任意扩充检测的温度点数。比较两个方案后可以发现，方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要A/D，但考虑到系统扩充等因素，单片机可以选用ADuc812，以便于在需要的时候扩充参数存储、D/A输出、温度控制等功能。2、硬件设计采用方案二的硬件设计比较简单，系统构成如图1所示，原理图如图5所示。单片机的2P0口用作4位数码管的段码线，P3.4～P3.7用作4位数码管的位选线（ADuc812的P3有允许8mA的灌电流，可以不加驱动）。P2.4用作DS18B20的数据输入/输出线。DS18B20的引脚定义和封装形式之一如图2所示。DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接电源。DS18B20的光刻ROM中存有64位序列号，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。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自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20拥有惟一的地址序列码，以确保在一根总线上挂接多个DS18B20。DS18B20内部集成了暂存寄存器（或称为暂存RAM）和EEPROM两类存储器。暂存RAM为9个字节，其地址分配及其相关说明如表1所示。单片机通过命令实现对DS18B20的控制，其支持的主要命令如表2所示。DS18B20的复位操作、读写操作都必须遵从严格的时序，其复位时序、读写时序分别如图3和图4所示。关于DS18B20的详细介绍和使用方法可以参考其数据手册。表1DS18B20暂存RAM地址分配及其说明寄存器名称地址说明温度低字节0温度测量值的低8位，即b7b6b5b4b3b2b1b0温度高字节1温度测量值的高3位及符号位，即SSSSSb10b9b8图1温度监测系统组成框图图2DS18B20引脚与封装3温度高限2温度报警上限，也可以用作自定义字节温度高限3温度报警下限，也可以用作自定义字节配置寄存器4格式为0R1R011111，R1和R0为00、01、10、11对应的分辨率分别为9、10、11和12位（包括符号位）保留5未定义保留6未定义保留7未定义校验码8按X8＋X5＋X4＋1对前8个字节进行CRC校验表2DS18B20主要命令及其功能说明命令码功能说明命令码功能说明33H读ROM中的64位地址序列码BEH读9字节暂存寄存器55H只有地址码匹配的DS18B2才能接受后续的命令4EH写入温度上/下限，紧随其后是2字节数据，对应上限和下限值F0H锁定总线上DS18B20的个数和识别其ROM中的64位地址序列码48H将9字节暂存寄存器的第3和4字节复制到EEPROM中ECH只有温度超过上限或下限的DS18B20才做出响应B8H将EEPROM的内容恢复到暂存寄存器的第3和4字节444H启动DS18B20进行温度转换，结果存入9字节的暂存寄存器B4H读供电模式，寄生供电时DS18B20发送0，外接电源时DS18B20发送1CCH忽略地址序列码，适合单片DS18B20图3DS18B20复位时序图4DS18B20读/写读时序5图5系统原理图3、软件设计1、软件模块的划分该系统的控制软件可以分为单片机初始化程序、定时中断服务程序和DS18B20接口程序等模块。单片机初始化程序由主函数实现，主要完成定时器T0、T1的初始化、中断系统的初始化等功能。定时器T0(p3.4)中断函数每隔5ms执行1次，动态显示1位数码管；定时器T1(p3.5)中断函数每隔50ms中断1次，每中断20次（1秒）即读取1路DS18B20的温度代码，转换为温度值，再拆分成单个数码后送入显示缓冲区。DS18B20接口程序主要由复位函数、读位函数、读字节函数、写位函数、写字节函数、读温度函数等组成。2、参考程序#includeaduc812.h#includeintrins.hsbitled0=P3^4;//P3.4～P3.7用作4位LED的位选线6sbitled1=P3^5;sbitled2=P3^6;sbitled3=P3^7;sbitDQ=P2^4;//P2.4用作DS18B20的数据线DQfloatdataTMP[2]={0,0};//读取后的2个温度值,将其除以2即可得出实际温度;????unsignedchardataf[2]={0,0};//结果是否为负温,0为正温,1为负温。unsignedchardatadisp_buf[4]={0,0,0,0};//4位数码管对应的值放入该缓冲区unsignedchardatadot_position=0;unsignedchardatachno=0;//对应某路DS18B20//存各路DS18B20的地址序列号，为便于调试，只设计了2路，可以扩充到8路或更多unsignedcharcodeSN[2][8]={{16,62,148,60,0,0,0,247},{16,229,146,60,0,0,0,87}};//数字0～9和通道提示符A～H的段码unsignedcharcodeseg_table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x6f,0x76};unsignedcharcodeCH[]={10,11,12,13,14,15,16,17};//通道提示符的段码偏移量//将0.00～999之间的浮点数转为单个数码，并送显示缓冲区和返回小数点的位置voidftochar(floatvalp){if(valp10.0){dot_position=1;valp*=100.0;}elseif((valp=10.0)&&(valp100.0)){dot_position=2;valp*=10.0;7}elseif((valp=100.0)&&(valp1000.0))dot_position=3;disp_buf[1]=(int)valp/100;disp_buf[2]=((int)valp%100)/10;disp_buf[3]=((int)valp%100)%10;}//延时15微妙的函数voiddelay(unsignedcharn){do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//_nop_()的头文件为intrins.h_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();n--;}while(n);}//DS18B20复位函数，按复位时序进行设计voidow_reset(void){DQ=0;//DQ置为低电平delay(36);//保持480μsDQ=1;//DQ置为高电平delay(24);//延时，等DS18B20输出低电平}//DS18B20读位函数，按读位时序进行设计unsignedcharread_bit(void){unsignedchari;8DQ=0;//DQ置为低电平DQ=1;//DQ置为高电平for(i=0;i5;i++);//延时15μsreturn(DQ);//返回DQ线的电平状态}//DS18B20写位函数，按写位时序进行设计voidwrite_bit(charbitval){DQ=0;//DQ置为低电平if(bitval==1)DQ=1;//如果写1则DQ置为高电平delay(6);//延时以维持电平状态DQ=1;//DQ置为高电平}//从DS18B20读取字节的函数unsignedcharread_byte(void){unsignedchari;unsignedcharvalue=0;for(i=0;i8;i++){if(read_bit())value|=0x01i;//调用读位函数，读出的8个位移位成1个字节delay(11);//延时以读余下的位}return(value);}//写字节到DS18B20的函数voidwrite_byte(charval)9{unsignedchari;unsignedchartemp;for(i=0;i8;i++)//每次写1位，1个字节分8次完成{temp=vali;temp&=0x01;write_bit(temp);//调用写位函数}delay(10);//延时}//从DS18B20读物温度代码voidread_temp(){unsignedchari,j;unsignedchara,b;intmr;for(j=0;j2;j++)//为便于调试，仅以2路为例，改循环次数即可扩充到8路或更多，{ow_reset();//调用复位函数delay(20);write_byte(0x55);//发送ROM匹配命令for(i=0;i8;i++){write_byte(SN[j][i]);//发送64位序列号}write_byte(0xbe);//发送读取暂存寄存器的命令10a=read_byte();//连续读取两位温度，余下数据没有读，实际使用时应读出所有数b=read_byte();//据，并进行校验，以提高可靠性mr=b*256+a;if((mr&0xf800)!=0)mr=-mr+1;TMP[j]=mr*0.5;}}//定时器T0中断函数，每中断1次，显示1位数码管voidTime_disp(void)interrupt1{staticunsignedchardispno=0;//数码管位号TH0=0xee;//主频为11.0592，定时5ms的时间常数为EE00HTL0=0x00;P3|=0xf0;P0=seg_table[disp_buf[dispno]];//查当前数码管的显示数字对应的段码if(dispno==dot_position)P0|=0x80;//当前位有小数点，则段码最高位置1switch(dispno)//根据当前显示的数码管，接通位选线{case0:led0=0;break;case1:led1=0;break;case2:led2=0;break;case3:led3=0;break;}dispno++;if(dispno==4)dispno=0;}11//定时器T1中断服务函数，每50ms中断1次voidTimer1(void)interrupt3{staticunsignedintcount;TH1=0x4c;//50ms对应的时间常数为4C00HTL1=0x00;count++;if(count=20)//中断20次即为1秒{count=0;ftochar(TMP[chno]);//当前通道对应的温度值转换为单个数码送显示缓冲区disp_buf[0]=CH[chno];//当前通道的提示符的段码