免费毕业论文--基于单片机的温度监测系统(一)(2)
2013-05-10 18:04
导读：用技术和单片机应用技术为核心进行开发。其中，涉及到了一线总线技术开发应用;单片机技术开发应用;智能传感器应用等。并且以理论分析和该技术方案
用技术和单片机应用技术为核心进行开发。其中，涉及到了一线总线技术开发应用;单片机技术开发应用;智能传感器应用等。并且以理论分析和该技术方案为基础，在不断地实验和方案调整中，完成了一个温度监测系统的设计。 2系统硬件电路设计
2.1基于数字温度传感器的系统硬件设计方案
图2－1 监测系统示意图
DS1820的所有功能、操作均是在单片机控制下进行的，线上接有若干个DS 1820传感器，即可进行多点的温度采集.值得注意的是所有的命令码均以串行方式通过一线总线输出到DS 1820，读出的数字温度值也以串行方式输入到单片机，并存入数据缓存。
2.2一线总线网络
根据DS 1820数字温度传感器的功能特点，选择一线总线的网络结构。该网络基于DS1820以及一线总线协议。其特点在后面的章节中将有详细介绍，这里不再讨论。
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图2－2系统逻辑框图
2.3系统硬件结构框图
本系统的硬件，主要由三个部分组成：基于AT89C51单片机及其外围电路的主机控制单元；DS 1820串行组成的一线总线型网络；LED数字显示及其驱动电路。
电路原理图如下图：
2.4结构框图的简要说明
2.4.1 基于AT89C51单片机及其外围电路的主机控制单元
AT89C51单片机功能强、I/O口多、但是其内部的数据暂存存储器空间比较小，只有128个字节。而DS 1820的ROM码有64位，也就是说，记录一个ROM码要占据8个字节的数据暂存存储器空间，再加上用于搜索、温度值存储、指针等操作所必须额外分配的存储器空间。实际上AT89C51单片机内部已经没有多少富余了，在程序编写中发现，10个ROM码是能允许的最大值。哪怕再增加一个8字节的ROM码都必须使用扩展的片外RAM。考虑到本系统目前只计划应用在较小的机房中，监测点不多；同时，本设计的重点在于数字温度传感器及其一线总线技术的应用研究。因此，没有使用外扩RAM的方法来扩大一线总线网络的规模。相信，即便本系统由于某种原因需要对一线总线网络进行扩展，无论是选择单片机换型，或者选择外扩RAM，实现它们都应没有太大的障碍。
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AT89C51具有4个I/O口，它们分别是P0口、P1口、P2口和P3口。利用其中的3个I/O口，与本系统其它部分连接，分别实现了不同的功能：
P1口连接着由10个DS 1820传感器组成一线总线网络，还连接着用于显示单个DS 1820传感器ROM码的接口电路。
P0、P2口连接着LED数字显示单元。P0口连接一片14引脚的反相门芯片7406，用于对6个LED显示灯的选择控制。同时，7406也起到了反向驱动器的作用。P2口连接两片14引脚的7407芯片，用于发送显示内容。同时7407也起到正向驱动器的作用。
2.4.2 DS 1820串行组成的一线总线型网络
最多由10片DS 1820组成的一线总线网络，由三条线连接。它们分别是电源线、数据传输线、共用地线。电源线根据DS1820的要求，使用5V的直流供电。在具体设计上可以和AT89C51使用同一个电压源。数据传输线直接连接在P1口的P1.5引脚上，对应着P1寄存器的P1.5数据位，因此主机对总线上的DS 1820的操作实际上就是对P1.5数据位的操作。所以在程序设计时需要注意这一点。
还有，就是出于对特殊情况的特别考虑，本系统设置了一个插口，用于读出某
个DS 1820传感器ROM码。这个插口除了中间的引脚连接在AT89C51的P1.6引脚上，从硬件上说和一线总线网络的接口没有什么不同。但是从软件上来说，它专用于对单个DS 1820的ROM码读取。实际的设计上，作者在数据线上设置了一个切换跳线，当需要系统进行读 ROM码操作时，就将该引脚接上带5K左右上拉电阻的上拉电；需要系统转入正常的温度监测运行时，就将该引脚的数据传输线连至地线。
AT89C51通过对P1.6引脚的读和判断，就可以决定是转入读ROM操作还是运行温度监测。通过一个小小的切换跳线，就可以实现在两种功能之间方便地进行切换。这个跳线以及DS 1820插口都设置在主机的面板上，很便于使用。
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2.4.3 LED数字显示及其驱动电路
LED显示器的工作情况有两种:一种是温度显示;另一种是ROM码显示。DS 1820测温范围上限是125℃，因此温度的十进制显示需要用3位;本系统总线上有10个DS 1820传感器的温度值需要显示，所以要显示系统为每个传感器自动分配的编号，必须设置2位显示；另外考虑到编号和温度的显示值紧挨在一起可能造成混淆，因此在它们之间还增加了分隔的一位。最终选择在这里设置了6位的LED显示。
当显示ROM码时，即使用十六进制显示，也最少需要显示16个十六进制数。因此设计上，只能是让6个LED从低位到高位逐个显示三次，如此才能全部显示完。考虑到人工记录需要时间，所以软件设计上采用无限循环的显示方式。要想中止显示ROM的操作，只要拔下待测的DS 1820，并且将切换跳线跳至测量温度运行模式即可。
本系统使用7406和7407作为电路驱动芯片，主要是考虑简化硬件设计和软件设计。降低系统硬件和软件的复杂程度。便于后期调试，以及为将来可能的功能扩展留有余地。系统还可扩展当LED显示超过最高温度后的控制电路，某个监测点的温度超标时将自动开启风扇降低温度，如温度仍然不能降低到控制的范围内，报警系统将被开启，提醒工作人员予以有效措施加以控制。
2.5系统可行应用分析
由于监测点的数量不确定，系统规模应具有一定的可伸缩性。也就是说总线上的传感器数量是可以在一定范围内随意增减的。不会因为传感器数量的变化影响系统正常运行。
系统必须能够同时监测多个点的温度，因此必须具备地址查询的功能。另外每个DS 1820传感器具有一个ROM码，这为实现地址查询提供了技术上的可能。为了能支持总线上的地址识别，对DS 1820传感器ROM码的事先读取是必要的。因此系统必须具备读取和显示ROM码的功能。
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作为多路监测系统，确认多个测量点的实际地理位置是必要的。就是说某个传感器被放置在具体某个地方应该明确。否则，即使系统己经提供了某个线路接点温度不正常的信息，管理人员也无法确认是哪里的接点出现了问题。
在这里解决方案是使用自动排序、双地址方案：
64位的ROM码虽然能确认传感器的唯一性，但直接在传感器的现场识别中使用仍然非常不
