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环境温度监测系统方案.doc
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环境温度监测系统方案.doc
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. . . .
课题三、环境温度监测系统
一、设计要求
环境温度监测系统广泛地用于住宅小区、楼宇建筑和设备部等。其主要功能和指标如下:
1、可以监测 8 点环境温度信号,可以扩充;
2、测量围为 0.00℃~99.9℃,可以扩充到-55℃~+125℃,精度为±0.5℃;
3、用 4 位数码管进行循环显示,其中最高位显示通道提示符 A~H,低 3 位显示实际温
度值,每秒切换一个通道进行轮流显示;
4、 可以随时查看指定通道的温度值(扩充功能)。
二、设计指导
1、方案选择
该系统主要由温度检测和数据采集两部分组成。下面列举两种实现方案:
方案一:温度检测可以使用低温热偶或铂电阻,数据采集部分则使用带有 A/D 通道的单
片机。考虑到一般的 A/D 输入通道都只能接收大信号,所以还应设计相应的放大电路。此方
案的软件简单,但硬件复杂,且检测点数追加时,成本会有较大增长幅度。
方案二:使用单片机和单总线温度传感器构成。单总线温度传感器可以采用 DALLAS 公
司生产的 DS18B20 系列,这类温度传感器直接输出数字信号,且多路温度传感器可以挂在
1 条总线上,共同占用单片机的 1 条 I/O 线即可实现接口。在提升单片机 I/O 线驱动能力的
前提下,理论上可以任意扩充检测的温度点数。
比较两个方案后可以发现,方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要
A/D,但考虑到系统扩充等因素,单片机可以选用 ADuc812,以便于在需要的时候扩充参
数存储、 D/A 输出、温度控制等功能。
2、 硬件设计
采用方案二的硬件设计比较简单,系统构成如图 1 所示,原理图如图 5 所示。单片机的
1 / 12
. . . .
P0 口用作 4 位数码管的段码线,P3.4~P3.7 用作 4 位数码管的位选线(ADuc812 的 P3 有
允许 8mA 的灌电流,可以不加驱动)。P2.4 用作 DS18B20 的数据输入/输出线。
DS18B20 的 引 脚 定 义
和 封 装 形 式 之 一 如 图 2 所
示 。 DQ 为 数 字 信 号 输 入 /
输出端;GND 为电源地;VDD 为外接电源。
DS18B20 的光刻 ROM 中存有 64 位序列号,
它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。64 位
光刻 ROM 的排列是:开始 8 位(28H)是产品类
型标号,接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列
号,最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码
(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻 ROM 的作用是
使每一个 DS18B20 拥有惟一的地址序列码,以
确保在一根总线上挂接多个 DS18B20。
DS18B20 部集成了暂存寄存器(或称为暂存 RAM)和 EEPROM 两类存储器。暂存
RAM 为 9 个字节,其地址分配与其相关说明如表 1 所示。
单片机通过命令实现对 DS18B20 的控制,其支持的主要命令如表 2 所示。DS18B20
的复位操作、读写操作都必须遵从严格的时序,其复位时序、读写时序分别如图 3 和图 4 所
示。关于 DS18B20 的详细介绍和使用方法可以参考其数据手册。
表 1 DS18B20 暂存 RAM 地址分配与其说明
寄存器名称
地
址
说 明
温度低字节
0
温度测量值的低 8 位,即 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
温度高字节
1
温度测量值的高 3 位与符号位,即 S S S S S b10 b9 b8
温度高限
2
温度报警上限,也可以用作自定义字节
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图 1 温度监测系统组成框图
图 2 DS18B20 引脚与封装
. . . .
温度高限
3
温度报警下限,也可以用作自定义字节
配置寄存器
4
格式为 0 R1 R0 1 1 1 1 1,R1 和 R0 为 00、01、10、11
对应的分辨率分别为 9、10、11 和 12 位(包括符号位)
保留
5
未定义
保留
6
未定义
保留
7
未定义
校验码
8
按 X
8
+X
5
+X
4
+1 对前 8 个字节进行 CRC 校验
表 2 DS18B20 主要命令与其功能说明
命令码 功能说明 命令码 功能说明
33
H
读 ROM 中的 64 位地址序列码
BEH
读 9 字节暂存寄存器
55
H
只有地址码匹配的 DS18B2 才
能承受后续的命令
4EH
写入温度上/下限,紧随其后是 2
字节数据,对应上限和下限值
F0
H
锁定总线上 DS18B20 的个数和
识别其 ROM 中的 64 位地址序
列码
48H
将 9 字节暂存寄存器的第 3 和 4
字节复制到 EEPROM 中
EC
H
只 有 温 度 超 过 上 限 或 下 限 的
DS18B20 才做出响应
B8H
将 EEPROM 的容恢复到暂存寄
存器的第 3 和 4 字节
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beibeidzh
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