多功能溫度計(jì)

1、基于單片機(jī) AT89C51 的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)摘 要 本設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)是我院 2006 年參加廣西首屆大學(xué)生電子競賽獲一等獎作品之一。數(shù)字溫度計(jì)是由中央處理器、溫度檢測器、時鐘系統(tǒng)、存儲器、顯示器、語音播報電路及鍵盤等部分組成。處理器采用單片機(jī) AT89C51，溫度檢測部分采用 DS18B20溫度傳感器，時鐘系統(tǒng)用時鐘芯片 DS1302，用液晶 LCD1602作為顯示器。單片機(jī)通過時鐘芯片 DS1302獲取時間數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)處理后顯示時間；溫度傳感器 DS18B20采集溫度信號送該給單片機(jī)處理，單片機(jī)再把時間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)送液晶顯示器 LCD1602 顯示,鍵盤是用來調(diào)時和溫度查詢的，本數(shù)字溫度

2、計(jì)還具有多點(diǎn)溫度檢測和攝氏溫度與華氏溫度的轉(zhuǎn)換及語音播報等功能。 關(guān)鍵字：單片機(jī) 溫度傳感器 DS18B20 ISD1420 一 設(shè)計(jì)方案比較 1.1 設(shè)計(jì)方案與論證 按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能要求，本時鐘溫度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的自動控制能力配合按鍵控制，來控制時鐘、溫度的檢測存儲和查詢及顯示。 確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、時鐘模塊、測溫模塊、錄音播報模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊和無線遙控共七個模塊組成，電路系統(tǒng)框圖如圖 1所示。1）時鐘方案選擇 時鐘功能的實(shí)現(xiàn)有兩種方案： 一是用軟件實(shí)現(xiàn)，直接用單片機(jī)的定時器編程以實(shí)現(xiàn)時鐘；二是用專門的時鐘芯片實(shí)現(xiàn)時鐘的計(jì)時，再把時間數(shù)據(jù)送

3、入單片機(jī)，由單片機(jī)控制顯示。比較兩種方案，用軟件實(shí)現(xiàn)時鐘固然可以，但是程序運(yùn)行的每一步都需要時間，多一步或少一步程序都會影響計(jì)時的準(zhǔn)確度，用專用時鐘芯片DS1302 則可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確記時。所以選二方案。 2）顯示方案選擇 方案一：時鐘和溫度的顯示可以用數(shù)碼管，但數(shù)碼管的只能顯示簡單的數(shù)字，其電路復(fù)雜，占用資源較多，顯示信息少，不宜顯示大量信息。 方案二：我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要顯示的信息多，所以應(yīng)選用顯示功能更好的液晶顯示，要求能顯示更多的數(shù)據(jù)，增加顯示信息的可讀性，看起來更方便。而液晶 LCD1602 有明顯的優(yōu)點(diǎn)：微功耗，尺寸小，超薄輕巧，顯示信息量大，字跡美觀，視覺舒適，而且容易控制。所以選擇方

4、案二。3）遙控方案選擇 方案一：有線遙控：采用有線遙控抗干擾能力強(qiáng)，由于它與控制對象直接相連，所以它的控制距離有限。由于它的這個局限性，這種技術(shù)一般只用于短距離控制。 方案二：無線遙控：無線電遙控最主要的特點(diǎn)是，遙控距離遠(yuǎn)。一般不受遙控方向或角度的制約，無線電波接收器能接收數(shù)十米至數(shù)百米外由操作者操縱無線電波發(fā)射器送來的電波信號。通過以上兩種方案的比較，我們選擇方案二。 4）測溫元件方案選擇 方案一： 由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，再將隨著被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，就可以將測溫度顯示出來。這種設(shè)計(jì)需要用到

5、A/D 轉(zhuǎn)換電路，測溫電路比較復(fù)雜。 方案二：溫度傳感器 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，它內(nèi)部有一個結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的高速暫存RAM 存儲器。我們通過比較選擇方案二。 二 理論計(jì)算 2.1 溫度計(jì)算 實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時顯示是由計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM 中讀取值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，從 DS18B20 讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符顯示。因?yàn)?DS18B20 的轉(zhuǎn)換精度為 9-12 位可選的，為了提高精度采用1

6、2位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以 0.0625，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。華氏溫度與攝氏溫度的轉(zhuǎn)換公式: 攝氏:C=5/9 ºC（F-32） 華氏:F=9/5 ºC+32 計(jì)算溫度子程序流程圖見圖 2三 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)方案的選擇，系統(tǒng)由AT89C51、時鐘電路、語音電路、顯示電路、測溫電路、鍵盤電路和無線遙控電路組成。其電路如圖 3 所示：各功能模塊設(shè)計(jì)如下： 3.1 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路采用液晶 LCD16O2。它是一種字符型液晶模塊，是一種用5×7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的 16

7、× 2 點(diǎn)陣液晶顯示器。其特點(diǎn)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊且性能穩(wěn)定。LCD16O2與單片機(jī)接口采用串行方式控制。 3.2 溫度模塊設(shè)計(jì) 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。而 DS18B20 溫度傳感器是美國DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20 溫度模塊與單片機(jī)的連接如圖 4 所示。3.3 語音模塊設(shè)計(jì) 現(xiàn)在語音處理合成芯片大多是先將

8、語音經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后存入存儲器中，放音時取出再經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換輸出。美國信息存儲器件公司推出的ISD系列語音電路采用直接模擬存儲技術(shù)，不需要專用開發(fā)工具、編程器，接口靈活、操作簡單,使用方便。我們設(shè)計(jì)的語音模塊如圖5所示。 3.4 鍵盤接口設(shè)計(jì) 由于按鍵只用 4 個，分別實(shí)現(xiàn)為整點(diǎn)報時、多路路溫度轉(zhuǎn)換、設(shè)定時間/上限下限溫度和加一鍵，因此，我們采用獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵是各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵占用一根I/O 端線，每根I/O 端線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它I/0端線上按鍵的工作狀態(tài)，且電路結(jié)構(gòu)簡單，獨(dú)立式按鍵配置靈活。 3.5遙控模塊設(shè)計(jì) 我們用 PT2262T 和 PT2272 設(shè)計(jì)了一個

9、可控制的無線遙控電路。此無線遙控電路是通過單片機(jī)發(fā)出控制信號到PT2262編碼電路再經(jīng)過發(fā)射電路把信號發(fā)射出去，再由接收電路把信號接收到PT2272解碼器進(jìn)行解碼，用解碼出來的信號去控制電路，從而達(dá)到遠(yuǎn)距離控制的目的。此電路可以同時進(jìn)行四路信號控制，電路如圖6 所示。3.6 時鐘模塊的設(shè)計(jì) 我們采用DS1302作為計(jì)時芯片,主要為了提高計(jì)時精確度,更重要的就是DS1302 可以在后備電源下可以繼續(xù)計(jì)時,并可編程選擇來對后備電源進(jìn)行充電,而后備電源基本不耗電. 電路如圖 7 所示。四 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 主程序 系統(tǒng)主程序首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括設(shè)置定時器、中斷和端口；然后顯示開機(jī)畫面，系

10、統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行顯示效果，其程序流程圖如圖 8 所示。 4.2 時間顯示程序 采用時鐘芯片 DS1302，所以只需從 DS1302 各寄存器中讀出小時、分鐘、秒，再處理即可。在首次對 DS1302 進(jìn)行操作之前，必須對它進(jìn)行初始化，然后從 DS1302 中讀取數(shù)據(jù)，再經(jīng)過處理后，送給顯示緩沖單元，其程序流程圖略。4.3 時間調(diào)整程序設(shè)計(jì) 調(diào)整時間用兩個調(diào)整按鈕，一個做為移位控制用，另外一個做為加 1用，分別定義控制按鈕、加 1 按鈕。在調(diào)整時間過程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別，所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的位一直在閃爍直到調(diào)整下一位。閃爍原理就是讓要調(diào)整的位，每隔一定時間熄滅一次，比如說

11、1S。利用定時器計(jì)時，當(dāng)達(dá)到 1S 溢出時，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時，再送正常顯示的值，不斷交替，直到調(diào)整該位結(jié)束，此時送正常顯示值給該位，再進(jìn)入下一位調(diào)整，時間調(diào)整程序程序。 4.4 讀取溫度流程圖 該程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理 DS18B20的測量溫度值，溫度測量每1s 進(jìn)行一次。讀出溫度子程序主要是讀出 RAM 中的 9 個字節(jié)，在讀出時需進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖 9 所示。 五 測試方法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 5.1 硬件和軟件調(diào)試 1 硬件調(diào)試時，可先檢查印制板及焊接的質(zhì)量是否符合要求，有無虛焊點(diǎn)及線路間有無短路、斷路。然后

12、用萬用表檢測，檢查無誤后，可通電檢查 LCD 液晶顯示器亮度情況，一般情況下取背光電壓為 45.5V 即可得到滿意的效果。 2. DS1302與單片機(jī)相連的只有3根線，很容易檢查，主要檢查DS1302管腳與晶振、電源是否連接好。 3.軟件調(diào)試是在 MedWin 編譯器下進(jìn)行，源程序編譯及仿真調(diào)試應(yīng)分段或以子程序?yàn)閱挝恢饌€進(jìn)行，最后結(jié)合硬件實(shí)時調(diào)試。子程序調(diào)試包括： 1).DS1302 的計(jì)時和讀寫程序、顯示程序； 2).ISD1420 的語音播放； 3).DS18B20讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). (1)溫度測量 用 DWC-2多路

13、溫度測試儀,與DS18B20 所測得的數(shù)據(jù)如下: 標(biāo)準(zhǔn)測量 ºC18.418.618.819.520.221.622.623.2測量溫度 ºC18.318.418.719.519.821.222.422.1恒溫時間6:307:308:008:308:459:009:209:40(2)時間測量 各時間段7:008:009:0010:00測量出誤差+0.130.140.1+0.12各時間段11:0012:0013:0014:00測量出誤差+0.120.120.14+0.1 六 結(jié)束語 本數(shù)字溫度計(jì)可測量并顯示溫度值，測量范圍:0100，溫度測量誤差小, 溫度顯示穩(wěn)定?？山惶骘@示當(dāng)前測量日期、時間、溫度；可調(diào)整顯示時期、時間、可設(shè)定最低、最高溫度報警值。當(dāng)測量溫度超過設(shè)定的溫度上、下限時，啟動蜂鳴器和指示燈報警?？蛇B接多個溫度傳感器,顯示相應(yīng)的溫度值,用于監(jiān)測多個區(qū)域的環(huán)境溫度，還增加攝氏溫度與華氏溫度轉(zhuǎn)換功能。能設(shè)定整點(diǎn)自動播報時間、溫度和手動實(shí)時播報時間和溫度。本設(shè)計(jì)還有無線遙控功能