单片机温湿度毕业论文.doc
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1、目 录摘要1引言.12 结构设计及方案论证.22.1 温度检测系统总体设计思路.2 2.1.1 主控制器.2 2.1.2 显示电路.22.1.3 温度传感器.22.1.4 PC实时显示界面.22.2 温度检测系统方案论证.32.2.1 系统方案选择.32.2.2 单片机的选择.33 系统硬件设计部分.43.1 AT89C51简介.43.2 DS18B20传感器简介.73.3 硬件电路设计.114 系统软件设计部分.134.1 下位机软件设计.134.1.1 主程序.134.1.2 读出温度子程序.134.1.3 计算温度子程序.144.1.4 温度转换命令子程序.154.1.5 显示数据刷新子
2、程序.154.2 下位机程序.164.3 上位机软件设计.194.4 上位机程序.205 软硬件调试部分.245.1 软件调试.245.2 硬件调试.26结束语.27致谢.28参考文献.29附录.30附录一 下位机程序.30附录二 上位机程序.34附录三 PROTEUS仿真图.48附录四 VB软件界面及操作.50摘 要本文介绍了一种利用单片机实现温度数据的采集和处理的一种设计方法。其中涉及了传感器,数据采集,单片机数据处理,单片机和PC机通讯VB等一系列相关理论。本文就如何将温度这一连续的物理量转换成模拟的电压信号,再将电压信号通过单片机编码转换成数字信号这一过程,进行了阐述和分析。并且增加了
3、报警电路。同时在通过软件进行温度补偿和数据处理方面,也作为了具体介绍。在硬件电路设计方面,从电路的简单,可靠数字化,低成本等角度出发,设计者采用了硬件滤波软件补偿两方面入手,使得设计达到所需精度要求,具有较高的性能价格比。根据串行通讯原理,设计了单片机与PC机的接口电路,建立了单片机与PC机之间的串行通讯协议,并利用VB6.0对测温系统实现了对象化操作将采集到的温度信号编码进行接受和描述,将其直接显示在可视的界面当中。该测温系统具有实时存储功能,便于对信号进行分析和处理。在对实测信号进行分析的过程中发现,实测信号编码与理论上的信号编码基本呈线形关系,这说明了系统具有很高的精确度和稳定性。完成了
4、对每个通道的实测信号编码值与温度的实时曲线的绘制,如果再实现对各个通道建立独立的数据库,即可达到对每个通道的温度标定的目的。关键词:温度 AT89C51 DS18B20 VB6.0 MSCOMM控件1 引言随着科技的发展,在各个领域都要用到数据采集系统,其中就包括最普遍的温度的数据采集。传统的温度采集方法费时且精度较差,而如今各个行业对温度数据的要求越来越高,如科研实验室,因此新型的数字温度计大量出现,其中最普遍的是使用传感器和单片机组成采集电路就可以 获得较高的精度要求。在这种背景下,选择基于VB6.0的数据采集系统这个课题具有很大的现实意义,用VB编写上位机程序,在PC上通过图形界面就能控
5、制下位机即单片机采集温度数据信号,设计直观大方,使用DS18B20高灵敏度的温度传感器采集温度数据,再用AT89C51处理数据,由7位共阳极的LED数码管显示当前温度,并且可以通过串口向上位机传送数据,显示实时温度曲线和把数据存入数据库中,方便查询历史温度记录。读数方便,测量范围广,测温准确。硬件电路较简单,所以软件设计较复杂,DS18B20只有一个数据口,所以它的读写程序对时序有很高的要求。在整个采集系统中,包括温度采集程序,串口通信程序,和上位机VB的程序,数据库等等几个部分,为了避免干扰,当上位机VB界面点击“采集温度”时,向下位机发送特定字符,当下位机识别正确字符,才将温度数据传送给上
6、位机。此外在设计要求的基础上,还做了一定程度的功能扩展,使用蜂鸣器来判断温度传感器是否工作正常,并且在图形界面上可以显示历史平均温度,最大温度,最小温度。可以选择串口和波特率满足不同要求,设置采集间隔时间,显示不同时间范围的温度满足不同场合的测温要求。硬件简单,成本也低。在设计过程中,对整个系统硬件和软件的分析,采用模块化程序设计的方法,流程图分析设计思路,将系统分成几个模块,最终进行整合,从而实现了基于VB6.0的数据采集系统的设计。2 结构设计及方案论证2.1 温度检测系统总体设计思路设计一个基于Visual Basic 6.0的数据采集系统。总体设计方框图如图2.1所示,控制器采用单片机
7、AT89C51,温度传感器采用DS18B20,用8位LED数码管以串口传送数据实现温度显示并通过串口与上位机PC通讯,把数据传送给上位机,并用VB编写的图形界面把温度的变化曲线显示出来,并通过数据库存储,可查询历史温度记录。单片机LED显示温 度 传 感 器复位电路时钟振荡蜂鸣器图2.1总体设计框图2.1.1主控制器单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。2.1.2显示电路显示电路采用8位共阳极LED数码管,从P0口输出段码,P2口为LED的位选信号。2.1.3温度传感器采用DS18B
8、20温度传感器,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912位的数字值读数方式。2.1.4 PC实时显示界面显示实时温度数据变化曲线的界面,采用VB6.0编辑,在程序使用VB6.0的通用串口控件MSCOMM来对发送到串口的数据进行采集处理。上下位机定义好通信协议和波特率。2.2 温度检测系统方案论证2.2.1系统方案选择由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度
9、传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。2.2.2单片机的选择对于单片机的选择,如果用8031系列,由于它没有内部RAM,系统又需要大量内存存储数据,因而不可用;AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机
10、的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3 系统硬件设计部分3.1 AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS处理器,俗称
11、单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图3.1 AT89C51管脚图主要特性:与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存
12、储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 管脚说明:VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高
13、,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高
14、八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:口管脚 备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同
15、时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE
16、禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出
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