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六月 1 2021

基于51单片机的温度测量系统设计


目录

1.系统硬件设计

1.1数据采集

1.2接口电路

1.3报警电路简介

2.系统软件设计

2.1系统程序流程图

2.2温度部分软件设计

小结

  如今,在很多电子产品中,将单片机用到温度检测和温度控制;而温度则是系统常需要测量、控制和保持的一个量。因此本文从硬件和软件两方面介绍了AT89C2051单片机温度控制系统的设计,对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。

  1.系统硬件设计

  系统的硬件结构如图1所示。

系统的硬件结构

  图1 系统的硬件结构

  1.1数据采集

  数据采集电路如图2所示,由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度,提供给AT89C2051的P3.2口作为数据输入。在本次设计中所控的对象为所处室温。当然作为改进可以把传感器与电路板分离,由数据线相连进行通讯,便于测量多种对象。

数据采集电路

  图2 数据采集电路

  (1)DS18B20概述

  DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,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,支持3V~5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20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。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。DS18B20使电压、特性有更多的选择,让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。如图2所示DS18B20的2脚DQ为数字信号输入/输出端;1脚GND为电源地;3脚VDD为外接供电电源输入端。

DS18B20

DS18B20

  (2)AT89C2051

  AT89C2051(以下简称2051)是一枚8051兼容的单片机微控器,与Intel的MCS-51完全兼容,内藏2K的可程序化Flash存储体,内部有128B字节的数据存储器空间,可直接推动LED,与8051完全相同,有15个可程序化的I/O点,分别是P1端口与P3端口(少了P3.6)。

AT89C2051引脚图

AT89C2051引脚图

  1.2接口电路

  接口电路由ATMEL公司的2051单片机、ULN2003达林顿芯片、4511BCD译码器、串行EEPROM24C16(保存系统参数)、MAX232、数码管及外围电路构成, 单片机以并行通信方式从P1.0~P1.7口输出控制信号,通过4511BCD译码器译码,用2个共阴极LED静态显示温度的十位、个位。

  串行EEPROM24C16是标准I2C规格且只要两根引脚就能读写。由于单片机2051的P1是一个双向的I/O端口,所以在我们在设计中将P1端口当成输出端口用。由图2可知,P1.7作为串性的时钟输出信号与24C16的第6脚相接,P1.6则作为串行数据输出接到24C16的第5脚。P1. 4和P1.5则作为两个数码管的位选信号控制,在P1.4=1时,选中第一个数码管(个位);P1.5=1时,选中第二个数码管(十位)。P1.0~P1.3的输出信号接到译码器4511上作为数码管的显示。此外,由于单片机2051的P3端口有特殊的功能,P3.0(RXD)串行输入端口,P3.1(TXD)串行输出端口,P3.2(INTO)外部中断0,P3.3(INT1)外部中断1P3.4,(T0) 外部定时/计数输入点,P3.5(T1)外部定时/计数输入点。由图2可知,P3.0和P3.1作为与MAX232串行通信的接口;P3.2和P3.3作为中断信号接口;P3.4和P3.5作为外部定时/记数输入点。P3.7作为一个脉冲输出,控制发光二极管的亮灭。

  由于在电路中采用的共阴极的LED数码管,所以在设计电路时加了一个达林顿电路ULN2003对信号进行放大,产生足够大的电流驱动数码管显示。由于4511只能进行BCD十进制译码,只能译到0至9,所以在这里我们利用4511译码输出我们所需要的温度。

  1.3报警电路简介

报警电路

  图3 报警电路

  文中所设计的报警电路较为简单,由一个自我震荡型的蜂鸣器(只要在蜂鸣器两端加上超过3V的电压,蜂鸣器就会叫个不停)和一个发光二极管组成(如图3所示)。在这次设计中蜂鸣器是通过ULN2003电流放大IC来控制。在我们所要求的温度达到一定的上界或者下界时(在文中我们设置的上界温度是45℃,下界温度是5℃),报警电路开始工作,主要程序设计如下:

  main()//主函数

  {unsigned char i=0;

  unsigned int m,n;

  while(1)

  {i=ReadTemperature();//读温度}

  if(i>0 && i<=10) //如果温度在0到10度之间直接给七段数码管赋值

  {P1=designP1[i];}

  else//如果温度大于10度

  {m=i%10;//先给第一个七段数码管赋值

  D1=1;

  D2=0;

  P1=designP1[m];

  n=i/10;//再给第二个七段数码管赋值

  D1=0;

  D2=1;

  P1=designP1[n];

  if(n>=4&&m>=5)%%(m<=5)//判断温度的取值范围,如果大于45或小于5度,则蜂鸣器叫,发光二极管闪烁

  { int a,b;

  Q1=1;//蜂鸣器叫

  for(a=0;a<1000;a++)//发光二极管闪烁

  for(b=0;b<1000;b++)

  Q2=1;

  for(a=0;a<1000;a++)

  for(b=0;b<1000;b++)

  Q2=0;}}}

  2.系统软件设计

  2.1系统程序流程图

  系统程序流程图如图4所示。

系统程序流程图

  图4 系统程序流程图

  2.2温度部分软件设计

  DS18B20的一线工作协议流程是:初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。故主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤:每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待16~60微秒左右,后发出60~240微秒的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。程序主要函数部分如下:

  (1)初始化函数

  //读一个字节函数

  ReadOneChar(void)

  {unsigned char i=0;

  unsigned char dat = 0;

  for (i=8;i>0;i--)

  { DQ = 0; // 给脉冲信号

  dat>>=1;

  DQ = 1; // 给脉冲信号

  if(DQ)

  dat|=0x80;

  delay(4);}

  return(dat);}

  //写一个字节函数

  WriteOneChar(unsigned char dat)

  {unsigned char i=0;

  for (i=8; i>0; i--)

  {DQ = 0;

  DQ = dat&0x01;

  delay(5);

  DQ = 1;

  dat>>=1;}}

  (2)读取温度并计算函数

  ReadTemperature(void)

  {unsigned char a=0;

  unsigned char b=0;

  unsigned int t=0;

  float tt=0;

  Init_DS18B20();

  WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作

  WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换

  Init_DS18B20();

  WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作

  WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等(共可读9个寄存器) 前两个就是温度

  a=ReadOneChar();

  b=ReadOneChar();

  t=b;

  t<<=8;

  t=t|a;

  tt=t*0.0625;

  t= tt*10+0.5; //放大10倍输出并四舍五入---此行没用

  (3)主程序部分见前

  return(t);}

  小结

  以上就是基于51单片机的温度测量系统设计介绍了。AT89C2051单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好。本文设计是一种低成本的利用单片机多余I/O口实现的温度检测电路,该电路非常简单,易于实现,,并且适用于几乎所有类型的单片机;目前此设计已成功应用于钻井模拟器实验室室温控制。

订购与质量

图片 产品型号 品牌 描述 数量 价格
(USD)
XC5VLX30T-1FFG323I XC5VLX30T-1FFG323I Company:Xilinx Remark:产品型号:XC5VLX30T-1FFG323I 描述:集成电路FPGA 172 I / O 323FCBGA 分类:集成电路(IC),嵌入式-FPGA(现场可编程门阵列) 制造商:Xilinx公司 系列:Virtex®-5LXT 打包:托盘 零件状态:活性 In Stock:On Order
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OPA2348AIDR OPA2348AIDR Company:Texas Instruments Remark:产品型号:OPA2348AIDR 描述:IC OPAMP GP 2电路8SOIC 分类:集成电路(IC),线性-放大器-仪表,运算放大器,缓冲放大器 制造商:德州仪器 打包:切割带(CT) 零件状态:活性 In Stock:On Order
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TMP423AIDCNT TMP423AIDCNT Company:Texas Instruments Remark:产品型号:TMP423AIDCNT 描述:传感器数字-40C-125C SOT23-8 分类:传感器,换能器,温度传感器-模拟和数字输出 制造商:德州仪器 打包:卷带式(TR) 电压-电源:2.7V〜5.5V In Stock:On Order
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ADM2587EBRWZ ADM2587EBRWZ Company:Analog Devices Remark:产品型号:ADM2587EBRWZ 描述:DGT ISO 2.5KV RS422 / RS485 20SOIC 分类:隔离器,数字隔离器 制造商 ADI公司 系列:IsoPower®,iCoupler® 零件状态:活性 In Stock:On Order
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STM32F100ZDT6B STM32F100ZDT6B Company:STMicroelectronics Remark:产品型号:STM32F100ZDT6B 描述:IC MCU 32BIT 384KB闪存144LQFP 分类:集成电路(IC),嵌入式-微控制器 制造商:意法半导体 系列:STM32F1 电压-电源(Vcc / Vdd):2V〜3.6V In Stock:On Order
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