环境温度监测系统

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

P0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1 DS18B20暂存RAM 地址分配及其说明

图1 温度监测系统组成框图

图2 DS18B20引脚与封装

表2 DS18B20主要命令及其功能说明

图3 DS18B20复位时序

图4 DS18B20读/写读时序

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(p 3.5)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

#include

#include

sbit led0=P3^4; //P3.4～P3.7用作4位LED的位选线

sbit led1=P3^5;

sbit led2=P3^6;

sbit led3=P3^7;

sbit DQ = P2^4; //P2.4用作DS18B20的数据线DQ

float data TMP[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;???? unsigned char data f[2]={0,0}; //结果是否为负温,"0"为正温,"1"为负温。

unsigned char data disp_buf[4]={0,0,0,0}; //4位数码管对应的值放入该缓冲区

unsigned char data dot_position=0;

unsigned char data chno=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unsigned char code SN[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

unsigned char code seg_table[ ]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,

0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x6f,0x76};

unsigned char code CH[ ]={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

void ftochar(float valp)

{

if(valp<10.0)

{

dot_position=1;

valp *=100.0;

}

else if((valp>=10.0)&&(valp<100.0))

{

dot_position=2;

valp *=10.0;

}

else if((valp>=100.0)&&(valp<1000.0)) 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

void delay(unsigned char n)

{

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

void ow_reset(void)

{

DQ = 0; // DQ置为低电平

delay(36); // 保持480μs

DQ = 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

unsigned char read_bit(void)

{

unsigned char i;

DQ = 0; // DQ置为低电平

DQ = 1; // DQ置为高电平

for (i=0; i<5; i++); // 延时15μs

return(DQ); // 返回DQ 线的电平状态

}

// DS18B20写位函数，按写位时序进行设计

void write_bit(char bitval)

{

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

unsigned char read_byte(void)

{

unsigned char i;

unsigned char value = 0;

for (i=0;i<8;i++)

{

if(read_bit()) value|=0x01<

}

return(value);

}

//写字节到DS18B20的函数

void write_byte(char val)

{

unsigned char i;

unsigned char temp;

for (i=0; i<8; i++) //每次写1位，1个字节分8次完成

{

temp = val>>i;

temp &= 0x01;

write_bit(temp); //调用写位函数

}

delay(10); //延时

}

// 从DS18B20读物温度代码

void read_temp ()

{

unsigned char i,j;

unsigned char a,b;

int mr;

for(j=0;j<2;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;i<8;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

a = 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

void Time_disp(void) interrupt 1

{

static unsigned char dispno=0; //数码管位号

TH0=0xee; //主频为11.0592，定时5ms的时间常数为EE00H

TL0=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1

switch(dispno) //根据当前显示的数码管，接通位选线

{

case 0 : led0=0; break;

case 1 : led1=0; break;

case 2 : led2=0; break;

case 3 : led3=0; break;

}

dispno++;

if(dispno==4) dispno=0;

}

//定时器T1中断服务函数，每50ms中断1次

void Timer1(void) interrupt 3

{

static unsigned int count;

TH1=0x4c; //50ms对应的时间常数为4C00H

TL1=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偏移量送显示缓冲区首地址chno++;

if(chno= =2) chno=0; //修改此判断对应的数值，即可扩充到8路或更多

}

}

//主函数

main( )

{

TMOD=0x11; //定时器T0和T1按方式1工作

EA=1;

ET0=1;

ET1=1;

TH0=0xee; //5ms对应的时间常数

TL0=0x00;

TH1=0x4c; //50ms对应的时间常数

TL1=0x00;

TR0=1;

TR1=1;

do {

ow_reset( ); //复位DS18B20

write_byte(0xcc);

write_byte(0x44); //启动1820

read_temp( ); //调用读取温度的函数,结果存于TMP[ ]数组中}while(1);

}