傳感器課程設計--孵化室控溫控制電路設計

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　專業(yè)班級： 信息學院電信102 </p><p>　　課程名稱： 傳感器課程設計 </p><p>　　學年學期： 2 0

2、12 —2 013 學年第 1 學期 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2012年 12 月</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　概述--------------------------------------1</

3、p><p>　　設計目的----------------------------------1</p><p>　　基本要求----------------------------------1</p><p>　　電路設計----------------------------------2</p><p>　　程序設計原理圖---------

4、---------------------2</p><p>　　硬件電路設計圖------------------------------2</p><p>　　程序設計----------------------------------3</p><p>　　主程序設計流程圖----------------------------3</p><

5、;p>　　初始化程序流程圖----------------------------3</p><p>　　讀取溫度子程序------------------------------3</p><p>　　寫流程圖------------------------------------4</p><p>　　讀流程圖-----------------------

6、-------------5</p><p>　　程序--------------------------------------6</p><p>　　七、結(jié)果驗證與仿真----------------------------11</p><p>　　八、心得體會----------------------------------11</p><

7、;p>　　九、參考文獻----------------------------------12</p><p>　　十、焊接實物----------------------------------12</p><p>　　孵化室控溫控制電路設計</p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　傳感

8、器技術與通信技術、計算機技術構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術的三大支柱，傳感器技術已經(jīng)深入我們生活中各個方面，作為信息采集的主要手段，其應用非常廣泛，所以掌握傳感器的基本原理與使用是非重要。本設計選用51單片機作為主控制器件，DS18B20作為測溫傳感器,通過數(shù)碼管實現(xiàn)溫度顯示。通過DS18B20直接讀取被測溫度值，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理化學性能穩(wěn)定，在0℃～100℃最大線性偏差小于0.01℃。該器件可直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控

9、制。</p><p><b>　　二、設計目的</b></p><p>　　1、了解溫度檢測和控制技術的基本知識以及單片機、傳感器等相關技術。  </p><p>　　2、熟練使用相關的EDA軟件進行硬件電路的設計與仿真 </p><p>　　3、具體掌握DS18B20溫度傳感器的使用方法。</p>

10、<p>　　4、畫出電路原理圖，說明設計思想。</p><p>　　5、按照電路原理圖在實驗板上安裝、試調(diào)電路。</p><p>　　6、寫出設計實驗報告</p><p><b>　　三、基本要求</b></p><p>　　本學期自學了51系列單片機的部分相關內(nèi)容，但一直沒有機會進行實踐練習，希望利用傳感

11、器課程設計這個機會，去運用一下學習到的知識</p><p>　　1、孵化室對溫度有一定要求，溫度是否合適直接影響孵化效果，為此需要對溫度進行嚴格控制，主要指標如下：</p><p>　　孵化室溫控制在36.5±0.5℃，溫度低時啟動電熱器加熱，用紅燈報警；溫度高時，啟動空調(diào)冷卻，用綠燈報警。</p><p>　　2、要求設計相關的硬件電路，選擇合適的傳感器

12、、控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。</p><p><b>　　四、電路設計：</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)設計原理框圖： </p><p>　　圖1 DS18B20溫度測溫系統(tǒng)框圖</p><p>　　通過單片機控制溫度傳感器，讀出DS18B20的溫度，并用數(shù)碼管顯示，當溫度超過37℃時，啟動空調(diào)冷卻，用綠燈報警，當溫

13、度低于36℃時，啟動電熱器加熱，用紅燈報警。所以根據(jù)設計要求確定了系統(tǒng)的總體方案，整個系統(tǒng)由控制模塊、濕度檢測模塊、顯示模塊、報警器等構(gòu)成。</p><p>　　4.2 硬件電路設計圖</p><p>　　圖2 硬件電路設計圖</p><p><b>　　五、程序設計</b></p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序、

14、讀取溫度子程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序、顯示數(shù)據(jù)子程序等。</p><p>　　5.1 主程序設計流程圖</p><p><b>　　圖3 主程序流程圖</b></p><p>　　5.2 初始化程序流程圖</p><p><b>　　圖4 初始化流程圖</b></p><p>　　

15、5.3 讀取溫度子程序</p><p>　　讀取溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。主要包括以下三個命令：</p><p>　?。?）寫暫存器命令 【4EH】</p><p>　　這個命令為由TH寄存器開始向DS18B20暫存器寫入數(shù)據(jù)，4EH命令后的3字節(jié)數(shù)據(jù)將被保存到暫存器的地址2、3、4（TH

16、、TL、CONFIG）三個字節(jié)。所有數(shù)據(jù)必須在復位脈沖前寫完。即如果只想寫一個字節(jié)的數(shù)據(jù)到地址2，可按如下流程：</p><p><b>　　初始化;</b></p><p>　　寫0CCH，跳過ROM檢測;</p><p>　　寫4EH; </p><p><b>　　寫1字節(jié)數(shù)據(jù);</b&g

17、t;</p><p>　　復位,即向DQ輸出480~960us低電平</p><p>　?。?）讀暫存命令【BEH】</p><p>　　這個命令由字節(jié)0讀取9個暫存器內(nèi)容，如果不需要讀取所有暫存內(nèi)容，可隨時輸出復位脈沖終止讀取過程</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換溫度命令【44H】</p><p>　　這個命令啟動溫度

18、轉(zhuǎn)換過程。轉(zhuǎn)換溫度時DS18B20保持空閑狀態(tài)，此時如果單片機發(fā)出讀命令， DS18B20將輸出0直到轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換完成后將輸出1。</p><p>　　圖5 讀取溫度子程序</p><p><b>　　5.4 寫流程圖</b></p><p>　　寫時隙：寫時隙由DQ引腳的下降沿引起。18B20有寫1和寫0兩種寫時隙。所有寫時隙必須持續(xù)至少6

19、0μs，兩個時隙之間至少有1μs的恢復時間。DS18B20在DQ下降沿后15μs~60μs間采樣DQ引腳，若此時DQ為高電平，則寫入一位1，若此時DQ為低電平，則寫入一位0，如圖9所示。所以，若想寫入1，則單片機應先將DQ置低電平，15us后再將DQ置高電平，持續(xù)45μs；若要寫入0，則將DQ置低電平，持續(xù)60μs。</p><p><b>　　圖6 寫流程圖</b></p>

20、<p><b>　　5.5讀流程圖</b></p><p>　　讀時隙：讀時隙由DQ下降沿引起，持續(xù)至少1μs的低電平后釋放總線（DQ置1）DS18B20的輸出數(shù)據(jù)將在下降沿15μs后輸出，此時單片機可讀取1位數(shù)據(jù)。讀時隙結(jié)束時要將DQ置1。所有讀時隙必須持續(xù)至少60μs，兩個時隙之間至少有1μs的恢復時間。</p><p><b>　　圖7讀流程

21、圖</b></p><p><b>　　六、程序</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p

22、>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit DQ = P1^3; </p><p>　　sbit K1 = P1^0;</p><p>　　sbit K2 = P1^1; //數(shù)據(jù)口define interface</p><p>　　uint tem

23、p; //溫度值 variable of temperature</p><p><b>　　//不帶小數(shù)點</b></p><p>　　unsigned char code table[] = ~0x3f,~0x06,~0x5b,~0x4f,~0x66,~0x6d,~0x7d,</p><p&g

24、t;　　~0x07,~0x7f,~0x6f,~0x77,~0x7c,~0x39,~0x5e,~0x79,~0x71};</p><p>　　unsigned char code d[]={0x20,0x40,0x80};</p><p>　　/*************精確延時函數(shù)*****************/</p><p>　　void delay(uns

25、igned char i) </p><p>　　{while(--i); }</p><p>　　/******************************************</p><p>　　此延時函數(shù)針對的是12Mhz的晶振</p><p>　　delay(0):延時518us 誤差:518-2*256=6</p>

26、;<p>　　delay(1):延時7us （原帖寫"5us"是錯的）</p><p>　　delay(10):延時25us 誤差:25-20=5</p><p>　　delay(20):延時45us 誤差:45-40=5</p><p>　　delay(100):延時205us 誤差:205-200=5</p

27、><p>　　delay(200):延時405us 誤差:405-400=5</p><p>　　********************************************/</p><p>　　/*****************DS18B20******************/</p><p>　　void Init_Ds18

28、b20(void) //DS18B20初始化send reset and initialization command</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ = 1; //DQ復位,不要也可行。</p><p>　　delay(1);

29、//稍做延時</p><p>　　DQ = 0; //單片機拉低總線</p><p>　　delay(250); //精確延時，維持至少480us</p><p>　　DQ = 1; //釋放總線，即拉高了總線</p><p>　　del

30、ay(100); //此處延時有足夠,確保能讓DS18B20發(fā)出存在脈沖。</p><p><b>　　}</b></p><p>　　uchar Read_One_Byte() //讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)read a byte date</p><p>　　//讀數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)以字節(jié)的最低有效位先從總線移出

31、</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i = 0;</p><p>　　uchar dat = 0;</p><p>　　for(i=8;i>0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><p&

32、gt;　　DQ = 0; //將總線拉低，要在1us之后釋放總線</p><p>　　//單片機要在此下降沿后的15us內(nèi)讀數(shù)據(jù)才會有效。</p><p>　　_nop_(); //至少維持了1us,表示讀時序開始</p><p>　　dat >>= 1; //

33、讓從總線上讀到的位數(shù)據(jù)，依次從高位移動到低位。</p><p>　　DQ = 1; //釋放總線，此后DS18B20會控制總線,把數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偩€上</p><p>　　delay(1); //延時7us,此處參照推薦的讀時序圖，盡量把控制器采樣時間放到讀時序后的15us內(nèi)的最后部分</p><p>　

34、　if(DQ) //控制器進行采樣</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dat |= 0x80; //若總線為1,即DQ為1,那就把dat的最高位置1;若為0,則不進行處理,保持為0</p><p><b>　　} </b>&l

35、t;/p><p>　　delay(10); //此延時不能少，確保讀時序的長度60us。</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return (dat);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Wr

36、ite_One_Byte(uchar dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i = 0;</p><p>　　for(i=8;i>0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ = 0;

37、 //拉低總線</p><p>　　_nop_(); //至少維持了1us,表示寫時序(包括寫0時序或?qū)?時序)開始</p><p>　　DQ = dat&0x01; //從字節(jié)的最低位開始傳輸</p><p>　　//指令dat的最低位賦予給總

38、線,必須在拉低總線后的15us內(nèi),</p><p>　　//因為15us后DS18B20會對總線采樣。</p><p>　　delay(10); //必須讓寫時序持續(xù)至少60us</p><p>　　DQ = 1; //寫完后,必須釋放總線,</p><p>

39、;　　dat >>= 1;</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　uint Get_Tmp() //獲取溫度ge

40、t the temperature</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　float tt;</b></p><p>　　uchar a,b;</p><p>　　Init_Ds18b20(); //初始化</p><p

41、>　　Write_One_Byte(0xcc); //忽略ROM指令</p><p>　　Write_One_Byte(0x44); //溫度轉(zhuǎn)換指令</p><p>　　Init_Ds18b20(); //初始化</p><p>　　Write_One_Byte(0xcc);

42、 //忽略ROM指令</p><p>　　Write_One_Byte(0xbe); //讀暫存器指令</p><p>　　a = Read_One_Byte(); //讀取到的第一個字節(jié)為溫度LSB</p><p>　　b = Read_One_Byte(); //讀取到的第一個字節(jié)為溫度MSB</

43、p><p>　　temp = b; //先把高八位有效數(shù)據(jù)賦于temp</p><p>　　temp <<= 8; //把以上8位數(shù)據(jù)從temp低八位移到高八位</p><p>　　temp = temp|a; //兩字節(jié)合成一個整型變量</p

44、><p>　　tt = temp*0.0625; //得到真實十進制溫度值</p><p>　　//因為DS18B20可以精確到0.0625度</p><p>　　//所以讀回數(shù)據(jù)的最低位代表的是0.0625度</p><p>　　temp = tt*10+0.5; //放大十倍</p&

45、gt;<p>　　//這樣做的目的將小數(shù)點后第一位也轉(zhuǎn)換為可顯示數(shù)字</p><p>　　//同時進行一個四舍五入操作。</p><p>　　return temp;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************數(shù)碼碼動態(tài)顯示函數(shù)**************

46、/</p><p>　　void Display(uint temp) //顯示程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint N[3],i,k;</p><p>　　N[0]=table[temp/100];</p><p>　　N[1]=table[temp%1

47、00/10]&0x7f;</p><p>　　N[2]=table[temp%10];</p><p>　　for(k=0;k<200;k++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for( i=0; i<3; i++) </p><p><b&g

48、t;　　{ </b></p><p>　　P0 = N[i];</p><p>　　P2 = d[i]; //使用查表法進行位選 </p><p>　　delay(3000); //掃描間隔時間太長數(shù)碼管會有閃爍感</p><p><b>　　}</b></p><

49、p><b>　　} }</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　K1=1;K2=1;</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>

50、;　　{</b></p><p>　　Display(Get_Tmp());</p><p>　　if(Get_Tmp()<360)</p><p><b>　　{K1=0;</b></p><p><b>　　K2=1;</b></p><p><

51、b>　　}</b></p><p>　　if(Get_Tmp()>360&& Get_Tmp()<370)</p><p><b>　　{K1=1;</b></p><p><b>　　K2=1;</b></p><p><b>　　}<

52、;/b></p><p>　　if(Get_Tmp()>370)</p><p><b>　　{K2=0;</b></p><p><b>　　K1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

53、　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　七、結(jié)果驗證與仿真</b></p><p><b>　　仿真如圖：</b></p><p><b>　　圖8仿真圖</b></p><p>

54、;<b>　　八、心得體會</b></p><p>　　從一開始上傳感器的課，老師就通知有課程設計，我就開始想要做個什么出來，經(jīng)過兩個星期的查閱資料決定做溫度傳感器。</p><p>　　這次課設不同于以往的課程設計，它需要自己規(guī)劃一切過程。自己買元器件，自己焊接和調(diào)試，全都是自己獨立完成。在這次的課程設計我懂得了如何去挑選自己需要的元器件，如何判斷元器件的好壞。這次

55、課設我用到了單片機，我也深深理解了單片機的強大，用C語言去編程序，真正知道了C語言在我們專業(yè)的作用，和他對于我們的重要性。</p><p>　　從這次的設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。隨著電子技術的不斷發(fā)展，按著此思路設計的溫度傳感器的性能也一定會越來越好。</p><p><b>