人工智能时钟温度计.doc
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1、一、课程设计目的、任务和内容要求温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛,比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题,本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统,它应用广泛,功能强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。数字式温度计的设计在现实生活中具有一定的深远的意义。本课程设计的任务就是设计一个人工智能的控制系统,具有时钟显示,温度过限报警,实时温度显示等功能。具体设计任务如下: 1了解点阵的功能及其相关知识学习; 2写出本课程的设计方案;3讨论修改相应的硬件电路
2、;4零件的采集与电路的焊接;5电路调试与包装;6写设计报告。设计要求:1.一般情况下,基本测温范围为-50-1102.测温精度误差小于0.53.LCD液晶直读显示日期与实时时间4.可以任意设定温度的上下限并可实现过限报警功能 二、进度安排第1天: 选择课题,论证设计方案;第2至3天: 硬件设计并做仿真;第4至5天: 安装工艺设计,购买元器件;第6至9天: 按安装工艺和调试工艺分步安装、焊接、调试,电路修改,总调;第10天: 软件设计与安装;第11至13天:撰写课程设计报告;第14天: 课程设计答辩、演示、验收。三、主要参考文献1张琳娜,刘武发.传感检测技术及应用.中国计量出版社,19992马忠
3、梅 籍顺心 张凯 马 岩. 单片机的C语言应用程序设计-修订版.北京航空航天大学出版社,1998.103胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,19964李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社,1998.65李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社,1998.10.156李广弟.单片机基础.北京航空航天大学出版社,19987阎石.数字电子技术基础.北京航空航天大学出版社,20068李建忠.单片机原理及应用.国防工业出版社,20029黄河.基于DS18B20的单总线数字温度计.国防工业出版社,2002 指导教师签字: 年 月 日目 录摘 要IIIABSTRACTIII
4、1 课题背景11.1 系统设计11.2 总体方框图11.3 基本要求12 设计方案简述22.1 DS18B20数字温度传感器22.1.1 DS18B20的性能特点22.1.2 DS18B20的管脚分布22.1.3 DS18B20的内部结构和工作方式32.2飞思卡尔单片机52.3 1602型LCD62.3.1 1602型LCD的特性62.3.2 1602型LCD的操作控制63 详细设计73.1 温度采集模块73.2 单片机控制系统73.3 温度和时间显示模块83.4 软件设计83.4.1 DS18B20的温度采集程序93.4.2 系统主程序134 设计结果及分析154.1 测试环境及工具154.
5、2 测试方法和测试结果155 总结16参考文献17附录一 系统总电路图18附录二 系统源代码18摘 要传统温度计通常利用热胀冷缩现象为设计的依据,因此这种方法无论从设计原理还是视觉读数都有很大的误差。本次课程设计以DS18B20作为数字温度传感器,其具有线性优良、读取方便、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,可以大大提高测量温度的精度,使用飞思卡尔MC9S08QG8单片机控制,布线紧凑,能够满足各项测温需求。在测量温度的同时,还能显示时间,为温度的数字化存储、监测、传输、处理奠定了很好的基础。设计小巧,携带方便,并可以应用于冰箱、空调器等日常生活中温度的测量和控制。关键词:温度计
6、;DS18B20;MC9S08QG8AbstractTraditional thermometer usual use expand with heat and contract with cold phenomenon for design basis, therefore this method regardless of all has the very big error from the principle of design or the visible reading. This curriculum designs by DS18B20 took the digital tem
7、perature sensor, it has the linearity finely, the read convenient, the performance stable, the high sensitivity, a merits and so on easy to operate, may enhance the survey temperature greatly the precision, the use Freescale MC9S08QG8 monolithic integrated circuit design, the wiring is compact, can
8、meet each temperature measurement need. During survey temperature, but also can demonstrate the time, was the temperature digitization saves, the monitor, the transmission, processing has laid the very good foundation. Designs exquisitely, the carry home is convenient, and may apply in the refrigera
9、tor, the air-conditioner and so on in the daily life the temperature survey and the control.Keywords: Thermometer; DS18B20; MC9S08QG8291 课题背景1.1 系统设计本课程设计的任务是设计和制作一个人工智能数字温度计。由于在生产生活中都有很多领域需要测量温度,所以温度计的好坏即测量灵敏度,测温范围,稳定度以及实用性和适用性就显得尤为重要。传统温度计通常利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩等的现象为设计的依据,因此这种方法无论从设计原理还是视觉读数都有很大的误
10、差。本次课程设计以DS18B20作为数字温度传感器,其具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,可以大大提高测量温度的精度,并可以广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。1.2 总体方框图现将系统模块总体设计框图列于下图1中: 单片机控制系统LCD显示模块复位电路内部时钟温度过限报警 温度采集模块按键控制电路 图1总体设计方框图1.3 基本要求1 使用飞思卡尔单片机设计,使用DS18B20作为数字温度传感器;2 能够较准确的测量温度并核算误差;3 能够显示时间,系统错误代码等信息;2 设计方案简述2.1 DS18B20数字温度传感器DS18B20温度传感
11、器是美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小,接口方便,传输距离远等特点。 2.1.1 DS18B20的性能特点DS18B20从功能和技术的角度来说有以下性能特点:l 采用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与微机接口,无须经过其它变换电路,直接输出被测温度值(9位二进制数,含符号位)l 测温范围为-55
12、至+125,测量分辨率最小为0.0625l 内含64位经过激光修正的只读存储器ROMl DS18B20在使用中不需要任何外围元件,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l 适配各种单片机或系统机l 测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力l 用户可分别设定各路温度的上、下限l 适应电压范围宽,3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电2.1.2 DS18B20的管脚分布独特的一线接口,只需要一条口线通信 多点能力,简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电,电压范围为3.0 V至5.5 V
13、无需备用电源 测量温度范围为-55至+125,华氏相当于是-10至+85范围内精度为0.5。 其引脚排列见图2和表1。序号名称引脚功能描述1Vcc可选择的Vcc引脚。当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。3GND地信号。1 2 3图2 DS18B20的管脚分布图 表1 DS18B20的管脚分布说明2.1.3 DS18B20的内部结构和工作方式DS1820主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM),用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与
14、控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC)发生器等七部分内部,其内部结构框图如图3所示。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd 图3 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前面56位的CRC检验码。温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限。 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式,单片
15、机端口接单线总线,为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。本实验采用第一种。DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在
16、-55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致等于被测温度值。由于DS18B20的单线通讯功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行,操作协议为:初始化DS18B20发复位脉冲写R
17、OM功能指令发存储器操作命令处理数据。DS18B20有六条控制命令如表2所示:指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换44H 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器BEH 读暂存器9个字节内容 写暂存器4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAMB8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU 表2 DS18B20的控制指令2.2飞思卡尔单片机本次课程设计的飞思卡尔系列的8位单片机MC9S08QG8,它是飞思卡尔新一代8位单片机,
18、主要针对少管脚、低电压及低功耗应用。MC9S08QG体积虽小,但具有极高的集成度,它改写了低端器件的定义。其引脚图如下所示:图4 MC9S08QG8引脚图飞思卡尔的HCS08内核低引脚数,小型封装,8位微控制器。设备与芯片上的电路低电压闪存可编程电压低至1.8V,并负担所有HCS08系列的标准功能微控制器,包括等待模式和多个站模式。该功能完成强大的模拟功能,一套完整的串行模块,温度传感器和强大的内存选项。其主要有以下特点:l 高达20 MHz的HCS08系列CPU(10 MHz总线频率) 100 ns最小指令执行时间 l 提供高性能,即使在低电压也能电池供电的应用水平 l HC08指令增加了B
19、GND指令设置 l 向后对象代码的兼容性与68HC08,68HC05使现有的代码库仍然可以使用 l 允许高效,紧凑的模块编码 l 支持多达32个中断/复位源 l 允许软件的灵活性和优化 l 低功耗振荡器模块(XOSC)软件 l 可选择晶体或陶瓷谐振器,31.25kHz至38.4 kHz或1MHz至16 MHz的,并支持高达20 MHz的外部时钟源输入32kHz振荡器,提供低功耗选项 系统要求计时功能(即时间和日期)而在低功耗模式12个双向输入/输出(I/O的)线l 只有一个输入和一个输出只有一行 输出10毫安每包为60 mA最大电流I/O允许直接驱动LED的其他电路几乎完全消除了外部驱动器并降
20、低系统成本 。2.3 1602型LCD本温度计的读数的显示是通过1602型LCD实现的,其具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的特点,常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。2.3.1 1602型LCD的特性1602型LCD归纳起来有以下6大特点:l +5V电压,对比度可调l 内含复位电路l 提供各种控制命令,如:清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能l 有80字节显示数据存储器DDRAMl 内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROMl 8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM2.3.2 1602型LCD的操作控制1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经
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