基于单片机的温度监控系统毕业论文

基于单片机的温度监控系统毕业论文内容摘要：

LSB DS18B20温度传感器的内部储存器还包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电擦除的 2E PROM。 高速 暂存 RAM的结构为 9字节的存储器， 结构表如 表 23所示。 前 2字节包含测得的温度信息。 第 3和第 4字节的 TH和 TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。 第 5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率， DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。 该字节各位的定义 表格 23所示， 13 其中低 5位一直为 1； TM是测试模式位，用于设置 DS18B20在工作模式还是在测试模式，在 DS18B20出厂时，该位被设置为 0，用户不要改动； R1和 R0决定温度的精度位数，即用来设置分辨率。 表 23 高速暂存 RAM结构表 温度 LSB 1字节 温度 MSB 2字节 TH用户字节 1 3字节 TH用户字节 TL用户字节 2 4字节 TL用户字节 配置寄存器 5字节 保留 6字节 保留 7字节 保留 8字节 CRC 9字节 DS18B20温度转换的时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。 因此，在实际应用中要将分辨率和时间权衡考虑。 高速暂存 RAM的第 8字节保留未用，表现为全逻辑 9字节是前面所有 8字节的 CRC码，可用来检测数据，从而保证通信数据的 正确性。 当 DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度就以 16位带符号扩展的二进制补码 形式 存储在高速暂存 RAM的第 2字节中。 单片机可以通过单线接口读出该数据。 读数据时，低位在先，高位在后。 数据格式以 ℃ /LSB形式 表示。 DS18B20温度与对应值对应表如表 24所示 表 24 DS18B20温度与表示值对应表 温度 /℃ 二进制表示 十六进制表示 温度 /℃ 二进制表 示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H 0 0000 0000 0000 0000 0000H +85 0000 0101 0101 0000 0550H 1111 1111 1111 1000 FFF8H + 0000 0001 1001 0001 0191H 1111 1111 0101 1110 FF5EH + 0000 0000 1010 0010 00A2H 1111 1110 0110 1111 FE5EH 14 + 0000 0000 0000 1000 0008H 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 测温原理 用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。 计数器被预置到对应于 55℃ 的一个值。 如果计数器在门周期结束前到达 0，则温度寄存器（同样被预置到 55℃ ）的值增加 ， 表明所测温度大于 55℃。 同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的 抛物线 特性。 然后计数器又开始计数直到 0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。 斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比 较高的 分辨力。 这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。 因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。 DS1820内部对此计算的结果可提供 ℃ 的分辨力。 温度以 16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出，表 1给出了温度值和输出数据的关系。 数据通过单线接口以串行方式传输。 DS1820 测温范围 55℃ ~+125℃ ，以 ℃ 递增。 如用于华氏温度，必须要用一个转换因子查找表。 DS18B20测温原理图如 图 24所 示，图中低温系数振荡器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去计数器 1；高温度系数振荡器随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减去计数器 2的脉冲输出 预 置斜 坡 累 加 器计 数 器低 温 度 系 数 振 荡 器高 温 度 系 数 振 荡 器 计 数 器= 0= 0温 度 寄 存 器预 置比 较增 加停 止 图 24 DS18B20测温原理图 图 24中 还含有着 计数 门，当 计数 门打开时。 DS18B20就对低温度系数振荡产生的 15 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 的一个基数分别减去计数器 1和温度寄存器中，减法计数器 1和温度寄存器被预置在 55℃所对应的一个基数 值。 减法计数器 1对温度系数振荡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的预置将被装入，并从新对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行计数。 如此循环，直到减法计数器 2计数到 0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。 图六中斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线型性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器达到被测温度值。 中间继电器简介 继电器定义 中间继电器 (intermediate relay)：用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。 它用于在控制电路中传递中间信号。 中间继电器的结构和原理与 交流接触器 基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。 所以，它只能用于控制电路中。 它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。 所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。 新国标对中间继电器的定义是 K，老国标是 KA。 一般是直流电源供电。 少数使用交流供电。 结构及原理 DZ系列继电器为阀型电磁式继电器。 线圈装在 U形导磁体上，导磁体上面有一个活动的衔铁，导磁体两侧装有两排触点弹开。 在非动作状态下触点弹片将衔铁向上托起，使衔铁与导磁体之间保持一定间隙。 当气隙间的电磁力矩超过反作用力矩时，衔铁被吸向导磁体，同时衔铁压动触点弹片，使常闭触点断开常开触点闭合，完成继电器工作。 当电磁力矩减小到一定值时，由于触点弹片的反作用力矩，而使触点与衔铁返回到初始位置，准备下次工作。 本继电器的 U导磁体采用双铁心结构，即在两个边柱上均可装设线圈。 对于DZY、 DZL和 DZJ型只装一个线圈，而对于 DZB， DZS， DZK型可根据需要在另一个铁心上装以 保持 线圈或延时用阻尼片等。 从而使线圈类型大不相同的继电器都 16 通用一个导磁体。 中间继电器的选型 继电器的选型主要考虑以下几个要素： 1 地理位置气候作用要素 主要指海拔高度、环境温度、湿度、和电磁干扰等要素。 考虑控制系统的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，装置关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型 (金属罩密封或塑封型，金属罩密封产品优于塑封产品 )中间继电器产品。 因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和切换负载能力 (不受外部气候 环境影响 )。 2 机械作用要素 主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。 对控制系统主要考虑到抗地震应力作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。 3 激励线圈输入参量要素 主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压 (220 V)输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰激励等参量要素，这些都是确保电力系统自动化装置可靠运行必须认真 考虑 的因素。 按小型中间继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。 4 触点输出 (换接电路 )参量要素 主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机 负载，电感器、接触器 (继电器 )线圈负载，阻性负载等；触点负载量值 (开路电压量值、闭路电流量值 )，如低电平负载、干 电路 负载、小电流负载、大电流负载等。 任何自动化设备都必须切实认定实际所需要的负载性质、负载量值的大小，选用合适的继电器产品尤为 重要。 继电器的失效或可靠不可靠，主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。 如切换的实际负载与所选用继电器规定的切换负载不一致，可靠性将无从谈起。 17 其它 器件简介 四位一体共阴数码管 四位一体共阴数码管一共 12个引脚， 4个位选， 8个段选。 从上面一排左边第一引脚开始，按顺时针顺序依次往下遍历所有引脚（图 25）。 1：左边第 1个数码管的位选择端 ； 2： a； 3： f； 4：左边数起第 2个数码管的位选择端 ； 5：左边数起第 3 个数码管的位选择端 ； 6： b； 7：左边数起第 4个数码管的位选择端 ；8： g ； 9： c ； 10：小数点 dp； 11： d； 12： e。 图 25 4 位一体共阴数码管 74HC573 简介 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管脚一样。 74HC573 和 74LS373 原理一样， 8 数 据锁存器。 主要用于数码管、按键等等的控制 1) 真值表 表格 25 74HC573真值表 Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Qo X X H Z 表 25 是真值表 ,表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。 每个芯片的数据手册（ datasheet）中都有真值表。 布尔逻辑比较简单 ,在此不赘述。 2) 高阻态 18 就是输出既不是高电平 ,也不是低电平 ,而是高阻抗的状态 ； 在这种状态下 ,可以多个芯片并联输出。 但是 ,这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态 ,否则会将芯片烧毁 ； 高阻态的概念在 RS232和 RS422 通讯中还可以用到。 3) 数据锁存 当输入的数据消失时 ,在芯片的输出端 ,数据仍然保持 ； 这个概念在并行数据扩展中经常使用到。 4) 数据缓冲 加强驱动能力。 74LS244/74LS245/74LS373/74LS573 都具备数据缓冲的能 力。 OE： output_enable,输出使能 ； LE： latch_enable,数据锁存使能 ,latch 是锁存的意思 ； Dn：第 n路输入数据 ； On：第 n路输出数据 ； 再看这个真值表 ,意思如下： 第四行：当 OE＝ 1是 ,无论 Dn、 LE 为何 ,输出端为高阻态 ； 第三行：当 OE＝ 0、 LE＝ 0时 ,输出端保持不变 ； 第二行第一行：当 OE＝ 0、 LE＝ 1 时 ,输出端数据等于输入端数据 ； 管脚功能图 如图 26所示 图 26 74HC573 管脚图 19 74HC573 功能表 如表 26 所示 表 26 74HC573 功能表 输入 输出 输出使能 锁存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不变 H X X Z 74HC573 逻辑图 如图 27 所示 图 27 74HC573逻辑图 20 2N3904 图 28 2N3904 2N3904 特点 : 硅外延工艺 、 输出特性好、稳定性好、特征频率高。 2N3904主要用途： 适用于各类信号放大电路、高频振荡、开关电路。 电特性： ( Tc=25 ℃ ) 2N3904 电特性 如表 27 表 27 2N3904 电特性 参数名称 符号 测试条件 范围值 单位 最大值 最小值 集电极 发射极击穿电压 BVceo Ic=1mA。 Ib=0 40 V 集电极 基极击穿电压 BVcbo Ic=100uA。 Ie=0 60 V 发电极 基极击穿电压 BVebo Ic=10uA。 Ic=o 6 V 集电极 基极反向漏电流 Icbo Veb=58V。 Ie=0 uA 发电极 基极反向漏电流 Iebo Vce=6V。 Ic=0 uA 共发射极直流电流增益 Hfe Vce=1V。 Ic=10mA 120 400 Vce=5V。 Ic=1mA 70 集电极 发射极饱和压降 Vce Ic=50mA。 Ib=5mA V 集电极输出电容 Cob Vcb=10V。 f=100MHz 4 pF 21 特征频率 Ft Vce=20V。 f=100MHZ 250 MHz 极限值： ( Tc=25 ℃ ) 2N3904 的极限性如表 28 所示。 表 28 2N3904 极限性 参数名称 符号 额定值 单位 集电极 发射极击穿电压 BVceo ≥ 40 V 集电极 基极击穿电压 BVcbo ≥ 60 V 发电极 基极击穿电压 BVebo ≥ 6 V 最大集电极直流电流 Icm 600 mA 最大耗散功 率 Pcm W 最高结温 Tjm 150 ℃ 储存温度 Tstg － 55 ～ 150 ℃。