1、无锡职业技术学院毕业设计说明书1第一章 引言在工、农业生产和日常生活中,对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域:消防电气的非破坏性温度检测,电力、电讯设备之过热故障预知检测,空调系统的温度检测,各类运输工具之组件的过热检测,保全与监视系统之应用,医疗与健诊的温度测试,化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。本设计运用主从分布式思想,由一台上位机(PC 微型计算机) ,下位机(单片机)多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232 串行通讯标准,通过上位机(PC)控制下位机(单片机)进行现
2、场温度采集。温度值既可以送回主控 PC 进行数据处理,由显示器显示。也可以由下位机单独工作,实时显示当前各点的温度值,对各点进行控制。下位机采用的是单片机基于数字温度传感器 DS1820 的系统。DS1820 利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。基本功能以及技术要求:1. 采用单片机进行室温的监测。2. 对室温进行实时的显示
3、;当室温达到报警设定值时,应能报警。3. 能设定室温的报警值。4. 室温的测量范围为 0100,测量精度 0.1。5. 当某处的实际室温超过设定的上下限时,该处的蜂鸣器报警。无锡职业技术学院毕业设计说明书2第二章 基于 DS1820 的室温监测装置系统工作原理在多点测温系统中,传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行 AD 转换,而为了获得较高的测温精度,就必须采用措施解决由长线传输,多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片 DS1820 测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温
4、元件,此元件线形较好。在 0100 摄氏度时,最大线形偏不大于 1 摄氏度。采用温度芯片 DS1820 测量温度,可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快。而且,集成块的使用,有效地避免外界的干扰,提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片,也是顺应这一趋势。无锡职业技术学院毕业设计说明书3至从单片机至 PC 机交流电源 AC/DC 开关电源模块通讯端口 1声、光报警输出控制 显示电路主单片机通讯端口 2 自检电路至主单片机交流电源 AC/DC 开关电源模块DS1820-3声、光报警输出控制 DS1
5、820-2DS1820-1从单片机通讯端口DS1820-4图 1 系统硬件连接框图图 2-2 主单片机系统硬件连接框图图 3 从单片机系统硬件连接框图无锡职业技术学院毕业设计说明书4第三章 硬件结构31 开关电源及看门狗电路a、电源电路因为单片机工作电源为+5V,且底层电路功耗很小。采用 7805 三端稳压片即可满足要求。具体电路图如下:图 4 开关电源电路b、看门狗电路考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣,单片机会受到周围环境的干扰,而出现程序跑飞,死机等一些不可预知的不正常工作现象。工作人员也不可能到现场对单片机重起,本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路。定时查询单片机的工作状态,一但发
6、现异常即对单片机延时重起。保证系统安全可靠的运行。NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号,其门限电平为4.2V 。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时。NE56604将产生精确的复位信号。NE56604内置一个看门狗定时器,用于监控微处理器,以确保微处理器的正常运行。看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作。NE56604的看门狗的监控周期为100mS(典型值)。特性:无锡职业技术学院毕业设计说明书5.正负双逻辑输出的有效复位信号。.精准的门限电平监测。.上电复位内部延时。.可利用外部电阻调节的内部看门狗定时器。.看门狗定时器的监控
7、周期为100mS 典型值。.VCC=0.8VDC时产生有效的复位信号典型值。.仅需很少的外围元件。具体电路图如下:图 4 看门狗电路32 键盘及显示电路键盘电路:单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘有编码和非编码两种。非编码键盘硬件电路极为简单。故本系统采用拨码开关来控制。具体电路如下:无锡职业技术学院毕业设计说明书6图 5 键盘电路电路A、开关状态的可靠输入键开关状态的可靠输入有两种解决方法。一种是软件去抖动:它是在检测到有键按下时,执行一个 10ms 的延时程序后,再确认该键电平是否仍保持闭合状态电
8、平,如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态,从而消除了抖动影响。另一种为硬件去抖动:即为按键添加一个锁存器。两种方法都简单易行,本设计采用的是硬件去抖。B. 对按键进行编码给定键值或给出键号对于按键无论有无编码,以及采用什么编码,最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值,以实现按键功能程序的散转转移。为使编码间隔小,散转入口地址安排方便,常采用依次序排列的键号。拨码开关值 含义0000 实时显示通道一的温度值0001 实时显示通道二的温度值0010 实时显示通道三的温度值0011 实时显示通道四的温度值0100 实时显示通道五的温度值0101 实时显示通道六的温度值0110 实时显示通道七
9、的温度值无锡职业技术学院毕业设计说明书70111 实时显示通道八的温度值1* 自动循环显示所有通道的温度C. 选择键盘监测方法对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。本设计采用的查询法,即在在 CPU 空闲时调用键盘扫描子程序。温度显示电路:设计采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示,两种方法在本设计中皆可。由于静态扫描要用到多片串入并出芯片,考虑到电路板成本计算。本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。显示数据由 4511 译码器输出,ULN2003 为位驱动扫描信号。具体电路图如下:无锡职业技术学院毕业设计说明书8图 6 温度显示
10、电路33 温度测试电路这里我们用到温度芯片 DS1820。DS1820 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器,具有 3 引脚 TO92 小体积封装形式。测温分辨率可达 0.0625,被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多 DS1820 通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。DS1820 支持“一线总线” 接口,测量温度范围为 -55C+125C,在-10+85C 范围内,精度为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。适合于恶劣环境的
11、现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。34 串口控制电路无锡职业技术学院毕业设计说明书9AT89C51 有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件,比如电脑的串口是 RS232 电平的,而单片机的串口是TTL 电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,我们采用了专用芯片 MAX232 进行转换,虽然也可以用几个三极管进行模拟转换,但是还是用专用芯片更简单可靠。具体电路如下:C2-5C2+4R2O9 T2IN10T1O 14R1IN13C1-3C1+1GND 15VS- 6R2IN 8T2O 7T1IN11 R1
12、O12VS+ 2VCC 16U18MAX232VCCC321u/25VC331u/25VC341u/25VC351u/25VC361u/25V162738495J15DB9RXDTXD图 7 单片机至 RS-232 转换电路我们采用了三线制连接串口,也就是说和电脑的 9 针串口只连接其中的 3 根线:第 5脚的 GND、第 2 脚的 RXD、第 3 脚的 TXD。这是最简单的连接方法,但是对本设计来说已经足够使用了,电路如上图所示。通信线采用交叉接法,即两者信号线对应成为 RT,TR。 具体连接电路如下:162738495J1DB9 AT89C51162738495J2DB9 PCRXD RX
13、DTXD TXD图 8 PC 机 9 针串口电路接线图第四章 元器件的选择无锡职业技术学院毕业设计说明书104.1 电源部分采用开关电源模块供电,本设计共需要两个等级的电源电压。第一:单片机及其外围接口电路工作需要使用标准的5V 直流电压;第二:的声光报警电路本设计采用了12V的直流电源供电,目的就是为了提高声光报警的功率,加大声光报警作用的范围,使得操作人员在附近不远处询查时出现转速异常时也可以较清晰的听到或看到报警信息。为了降低成本,同时考虑到线路中的所需使用较大功耗仅在声光报警时,所以选用AC/DC 模块为 AC220VDC+12V,将此开关电源模块的输出直接向声光报警电路提供电源,同时
14、将一片 LM7805 的输入端与开关电源模块的输出端相连,这样开关电源模块输出的12V 直流电压经 LM7805 变换成单片机及其外围接口电路需要的 5V 的直流电源电压。4.2 温度传感器的选择1、DS1820 简介DS1820 是美国 DALLAS 半导体公司生产的可组网数字式温度传感器,在其内部使用了在板(ON-B0ARD)专利技术。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内。2、DS1820 引脚及功能 DS1820 的引脚见右图:GND:接地DQ : 数据输入/输出脚(单线接口,可作寄生供电)VDD:电源电压3、DS1820 的内部结构如下图所示图 9 DS1820 内部结构图