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51單片機+DS18b20溫度監測儀設計與調試生產實習報告

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ID:321584 發表于 2018-5-3 20:32 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
分享一個基于51單片機的DS18b20溫度測量系統，可以設置低閾值和高閾值
生產實習報告
學    院：測控技術與通信工程學院
專    業：物聯網工程
班    級：14-1
學生姓名:趙*
學    號：140*
指導教師：劉*
一、生產實習教學基本信息
實習名稱
測控技術及儀器專業測控儀器生產與工業應用生產實習
英文名稱
Syllabus of Measurement-Control Instrumentation Production and Application Practice for Specialty of Measurement-control Technology and Instrumentation
實習學期
6
實習周數
3
學分
3
場所
省外
二、生產實習目的、意義及要求
1、目的和意義：
生產實習是本科教學計劃的一個重要組成部分，是培養學生理論聯系實際能力的重要途徑，通過生產實習可以達到以下目的：
（1）增加學生的感性認識。通過在生產工廠的參觀，讓學生最直觀的了解測控技術如何轉化為產品并在工程實際中應用，使學生明白如何將所學的理論知識運用到生產實際中，并主動適應社會的經濟發展對高級專門人才的需要。
（2）注重學生工程綜合能力的培養。通過對高新技術企業先進的管理模式、生產模式進行剖析，培養和提高學生的工程綜合能力。
（3）提高學生理論聯系實際的能力。通過和工程技術人員的現場交流，進一步提高學生理論聯系實際的能力，加強學生對相關生產工藝和各種設備的實際操作能力，培養學生對測控儀器的設計與開發能力。
（4）培養學生的創新意識。通過對高新技術企業的參觀和帶隊指導老師的正確引導，讓學生了解并掌握測控技術在工程域中應領的新技術，注重學生創新意識的培養。
（5）通過學生對生產實際的觀察、分析，建立大工程意識；通過對市場、質量、效益等關鍵因素的分析了解，培養學生的產品和品牌意識。
2、要求：
（1）生產實習的帶隊教師應具有中、高級職稱，并具有2-3次指導生產實習經驗，并且應是全面了解生產工藝過程的教師；
（2）指導教師要對每個學生生產實習的各個環節進行認真考核，并且給出考核成績，要對學生的安全教育放在生產實習的整個過程中；
（3）生產實習的帶隊教師在生產實習結束后，對生產實習教學全過程進行總結，并報教務處實驗教學科；
（4）要求學生遵守工廠的有關規章制度，注意安全，能時刻以大局出發，聽從帶隊教師的安排；
（5）在實習過程中學生要有規范的生產實習記錄，并在完成實習后寫出全面的生產實習報告。

溫度監測儀表設計與調試

功能概述：

實現溫度測量和顯示；實現上下限設置功能；設計超限報警方案

硬件設計：

溫度監測儀表的硬件設計框架如下

MCU: 采用傳統的51單片機開發板，此開發板功能強大，主要介紹如下
1. 1602 液晶屏/12864 液晶屏接口（接口引出）
2. 4×3 的矩陣鍵盤（用于按鍵掃描試驗，接口引出）
3. 紅外接收頭與發射遙控器
4. 繼電器輸出
5. 8 位靜態數碼管顯示（接口引出）
6. 1 位數碼管動態顯示（可以直接單片機驅動接口、也有74HC595 驅動接口，接口引出）
7. 步進馬達驅動（接口引出，可選配步進馬達）
8. 八個普通按鈕輸入（接口引出）
9. 8 個LED 顯示（接口引出，可以做跑馬燈、流水燈、花樣彩燈、各種信號燈等試驗）
10.蜂鈴器（做單片機發聲實驗）
11.PCF8563 實時時鐘（年、月、日、時、分、秒 NXP 芯片，時間準、精度高）
12.PCF8591T(工業級數模/模數轉換芯片，其中有4 路模擬輸入、1 路模擬輸出，接口引
出)
13.A24C02 數據存儲（可以保存機器中的各種參數）
14.DS18b20 溫度傳感器（檢測溫度）
15.74HC165 并入串出功能（輸入鎖存器）
16.74HC595 串入并出功能（輸出鎖存器）
17.LS138 譯碼器
18.ULN2003 達林頓驅動（輸出電流可以達到1A 可以驅動步進馬達）
19.MAX232 串口通信（可以直接用串口與電腦通信，也可以用USB 轉串口線）
20.USB 接口（供電、燒程序、通信于一體的接口，無需電源線、DB9 串口通信線、USB
轉串口線）
21.STC89 系列增強型C51 單片機(可以工作在6T 模式下，又快又穩。)
22.支持PS/2 電腦鍵盤接入（通過PS/2 通信協議把電腦鍵盤與單片機連接，可獲得大
量的輸入按鈕）
23.ISP 功能電腦直接燒錄程序，無需另外購買燒錄器和仿真器。（省錢又方便試驗）
24.Atmel 的ISP 接口（支持Atmel 89 系列系列和AVR AT90S8515、Atmega8515 型號的
程序燒錄）
25.提供了實時時鐘（PCF8563）的后備電源（掉電了時間也能正常走，有需求者可以安
裝紐扣電池座和電池）
26.另配了外置5V 電源插座（方便用戶用做別的用途。）
27. 所有單片機I/O 均引出，供用戶自由安排與發揮自建電路等等。
測溫模塊：測溫模塊采用DS18b20

溫度是一種最基本的環境參數，日常生活和工農業生產中經常要檢測溫度。傳統的方式是采用熱電偶或熱電阻，但是由于模擬溫度傳感器輸出為模擬信號，必須經過A/D 轉換環節獲得數字信號后才能與單片機等微處理器接口，使得硬件電路結構復雜，制作成本較高。近年來，美國DALLAS 公司生產的DSl8B20 為代表的新型單總線數字式溫度傳感器以其突出優點廣泛使用于倉儲管理、工農業生產制造、氣象觀測、科學研究以及日常生活中。DSl8B20 集溫度測量和A/D 轉換于一體，直接輸出數字量，傳輸距離遠，可以很方便地實現多點測量，硬件電路結構簡單，與單片機接口幾乎不需要外圍元件。

　 在許多工業場合中都要進行溫度檢測和溫度控制,常用方法是采用溫度傳感進行檢測,配合單片機進行控制。DS18B20 是美國DALLAS 公司生產的“一線總線”接口的數字化傳感器,他具有微型化、低功耗、抗干擾能力強、易與微處理器接口等優點,可直接將溫度轉化成串行數字信號供微處理器接收處理。利用這種溫度傳感器構成的溫度測量系統電路非常簡單、易于實現,并且適用于幾乎所有類型的單片機。

S1820 溫度傳感器是一種單總線型溫度測量器件,具有直接的數字信號,可采用總線供電,在同一根總線上可接多個傳感器,構成多點測溫網絡,是溫度場監控系統的理想選擇。

美國DALLAS 半導體公司的DSl8B20 是世界上第一片支持“單總線”接口的數字式溫度傳感器，能夠直接讀取被測物的溫度值。

如右圖DS18B20采用3腳TO-92封裝或8腳的SOIC封裝，可以適應不同的環境需求。各引腳的功能：GND為電壓地；DQ為單數據總線；VDD 為電源電壓；NC 為空引腳。

其測量范圍在-55～+125℃、-10℃~+85℃之內的測量精度可達± 0.5℃，穩定度為1%。通過編程可實現9、10、11、l2 位的分辨率讀出溫度數據，以上都包括一個符號位，因此對應的溫度量化值分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.062 5℃，芯片出廠時默認為12 位的轉換精度。讀取或寫入DS18B20僅需要一根總線，要求外接一個約4. 7k Ω的上拉電阻，當總線閑置時，其狀態為高電平。 支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現多點測溫。此外DS18B20是溫度- 電流傳感器，對于提高系統抗干擾能力有很大的幫助。

顯示模塊：采用1602液晶顯示屏

液晶(Liquid Crystal)是一種高分子材料，因為其特殊的物理、化學、光學特性，20世紀中葉開始廣泛應用在輕薄型顯示器上。

液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)的主要原理是以電流刺激液晶分子產生點、線、面并配合背部燈管構成畫面。為敘述簡便，通常把各種液晶顯示器都直接叫做液晶。

各種型號的液晶通常是按照顯示字符的行數或液晶點陣的行、列數來命名的。比如:1602的意思是每行顯示16個字符，一共可以顯示兩行;類似的命名還有0801, 0802, 1601等，這類液晶通常都是字符型液晶，即只能顯示ASCII碼字符，如數字、大小寫字母、各種符號等。12232液晶屬于圖形型液晶，她的意思是液晶由122列、32行組成，即共有122 X 32個點來顯示各種圖形，我們可以通過程序控制這122 X 32個點中的任一個點顯示或不顯示。類似的命名還有12864, 19264, 192128, 320240等，根據客戶需要，廠家可以設計出任意數組合的點陣液晶。

現在來看LCD1602 的操作時序：

在此，我們不需要讀出它的數據的狀態或者數據本身。所以只需要看兩個寫時序：

① 當我們要寫指令字，設置LCD1602 的工作方式時：需要把RS置為低電平，RW置為低電平，然后將數據送到數據口D0~D7，最后E引腳一個高脈沖將數據寫入。

② 當我們要寫入數據字，在1602 上實現顯示時：需要把RS置為高電平，RW置為低電平，然后將數據送到數據口D0~D7，最后E 引腳一個高脈沖將數據寫入。發現了么，寫指令和寫數據，差別僅僅在于RS的電平不一樣而已。一下是LCD1602的時序圖：

下面是時序參數表：

LDC1602的原理圖表示：
輸入模塊：采用獨立鍵盤輸入

圖為一個典型的接觸式按鍵

，

按鍵常常遇到的問題—抖動問題。

按鍵未按下之前，圖四按鍵左端的導線因為連在VCC 上而顯示高電平，右端顯示低電平，按鍵按下后，按鍵閉合，整個導線都顯示低電平，然后按鍵松開，又回到按鍵按下之前的點評狀態。如果只考察按鍵左端的電平變化，應該是上圖中所顯示的一個負脈沖波形。但是，實際上，正確的波形應該是下圖。相比于上圖，在高低電平直接有一段鋸齒一樣的波形，這就是所謂的按鍵抖動。

按鍵抖動的原因是，接觸式按鍵是靠機械的接觸來實現開關作用的。這種接觸方式就注定了它要經歷一個“接觸不穩定——正在穩定中——徹底穩定”的一種過程。就好比你用手抓緊一顆石頭，即使你一開始就很用力的握緊，也不可能馬上就達到最緊的狀態，也要經歷一個從握住到最緊握的過程。那么在這個過程里，接觸式按鍵就處于一種徘徊在“閉合”與“斷開”兩者之間的狀態。體現在電路中，就是在一小段時間內有非常多的“按下——抬起”動作。而這段抖動的時間，大概是10~20 毫秒，依不同的環境條件而定。

解決這個問題常見的方法有軟件去抖動和硬件去抖動。

獨立按鍵一共8個，分別連接在單片機的P3.0。去抖動的方式，我們采用軟件延時的方法。過程如下：

  • 先設置IO口為高電平（一般上電默認就為高）
  • 讀取IO口電平確認是否有按鍵按下
  • 如有IO電平為低電平后，延時幾個ms
  • 再讀取該IO電平，如果任然為低電平，說明對應按鍵按下
  • 執行相應按鍵的程序
軟件設計：
  由于溫度監測儀表的代碼重復率高，所以我采用了多個功能模塊分別編寫.c和對應.h文件，對應文件具體代碼將在附錄中體現
軟件功能描述：
   開機鍵界面如圖，顯示“please input low”等輸入下限值。下限值和上限值各設置4各檔位。分別是10攝氏度，20攝氏度，30攝氏度，40攝氏度。
當下限值輸入完成后，接著會顯示“please input hih”。表示等待輸入上限值
當上限值輸入完成后，會顯示當前的溫度值
若兩次輸入的值相同，會顯示“ｗｒｏｎｇ”
另外，設計上也有容錯的設計，即使輸入的下限值比上限值大，也會按照小值為下限值大值為上限值的區間進行溫度判斷和報警。
四、實習收獲與總結
1．通過第一周的參觀實習，我們參觀了幾家業內小有名氣的企業，從中我們看到了企業文化，企業管理等方方面面。但是作為一個工科生，我最關心的企業生產設備讓我產生了極大的興趣，我認識到我們學習中的不足，他們的自動化水平是我們在學校里見不到的。
  另外我也認識到了我們國家的高精端科學技術水平不高，許多看似簡單的高精度溫度濕度控制箱基本都是國外進口的，而且價格不菲，很是痛心啊。我覺得不是我們做不出來這種設備，而是我們的浮躁的心態，我們應該靜下心來做事，踏踏實實做事，不要虛的。
2.通過第二周的實習，我們了解到嵌入式技術在物聯網中的應用，也大概了解到安卓系統的框架。
3.通過第三周的實習，我們切切實實用開發板做了一個溫度儀器監測系統。在設計軟件和調試的過程中，遇到了許多麻煩也走了許多彎路。但是也學到許多有用的東西，比如，讓重復的功能放在頭文件中，會讓程序更簡潔。還有以前在寫程序的時候不會理會警告信息，但是這次我特意把所有的警告全都修復了，很大的成就感啊！雖然大概功能實現了，但是存在的不足很多，要想成為一個產品的差距非常大。這讓我想起了第一周四十九所解說員說的，“現在國產的功能都能實現，與國外的差距是可靠性和工匠精神”所以我們在以后有機會參加產品制作和的時候，一定要以工匠精神來對待。

單片機源程序如下:
  1. /*******************************************************************/
  2. main.c
  3. /*******************************************************************/
  4. #include<reg51.h>
  5. #include"lcd.h"
  6. #include"temp.h"
  7. #include"input.h"
  8. unsigned char PuZh_low[]="please input low";
  9. unsigned char PuZh_hih[]="please input hih";
  10. unsigned char PuZh_wrong[]="wrong";
  11. sbit beeb=P1^5;
  12. void LcdDisplay(int);
  13. float temp_true;
  14. void main()
  15. {
  16.               int i,j;
  17.               KEY1=1;
  18.               KEY2=1;
  19.               KEY3=1;
  20.               KEY4=1;
  21.               KEY5=1;
  22.               KEY6=1;
  23.               KEY7=1;
  24.               KEY8=1;
  25.               beeb=1;
  26.                             P2=1;
  27.               while(1)
  28.               {
  29.                             LcdInit();
  30.               for(j=0;j<16;j++)
  31.               {
  32.                             LcdWriteData(PuZh_low[j]);            
  33.               }
  34.                               if(KEY1==0)
  35.                             {
  36.                                           Delayinput10ms();            
  37.                                           if(KEY1==0)
  38.                                           {
  39.                                                         while(1)
  40.               {
  41.                                           LcdInit();
  42.               for(j=0;j<16;j++)
  43.               {
  44.                             LcdWriteData(PuZh_hih[j]);            
  45.               }
  46.                             if(KEY5==0)
  47.                             {
  48.                                           Delayinput10ms();            
  49.                                           if(KEY5==0)
  50.                                           {
  51.                             while(1)
  52.               {
  53.                             LcdInit();
  54.                             for(j=0;j<5;j++)
  55.               {
  56.                             LcdWriteData(PuZh_wrong[j]);            
  57.               }
  58.               }
  59.                                                       
  60.                                                         while((i<50)&&(KEY5==0))
  61.                                           {
  62.                                                         Delayinput10ms();
  63.                                                         i++;
  64.                                           }
  65.                                           i=0;
  66.                                           }
  67.                             }                           
  68.                                           if(KEY6==0)
  69.                             {
  70.                                           Delayinput10ms();
  71.                                           if(KEY6==0)
  72.                                           {
  73.                                                                                     while(1)
  74.               {
  75.                             Ds18b20ChangTemp();
  76.                             LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
  77.                             temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
  78.                             if(temp_true<10||temp_true>20)
  79.                             {
  80.                                           beeb=0;
  81.                                           Delay1ms(100);
  82.                             }
  83.                             beeb=1;
  84.               }
  85.                                                         while((i<50)&&(KEY6==0))
  86.                                           {
  87.                                                         Delayinput10ms();
  88.                                                         i++;
  89.                                           }
  90.                                           i=0;
  91.                                           }
  92.                             }            
  93.                                           if(KEY7==0)
  94.                             {
  95.                                           Delayinput10ms();
  96.                                           if(KEY7==0)
  97.                                           {
  98.                                                                                     while(1)
  99.               {
  100.                             Ds18b20ChangTemp();
  101.                             LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
  102.                             temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
  103.                             if(temp_true<10||temp_true>30)
  104.                             {
  105.                                           beeb=0;
  106.                                           Delay1ms(100);
  107.                             }
  108.                             beeb=1;
  109.               }
  110.                                                         while((i<50)&&(KEY7==0))
  111.                                           {
  112.                                                         Delayinput10ms();
  113.                                                         i++;
  114.                                           }
  115.                                           i=0;
  116.                                           }
  117.                             }            
  118.                                          
  119.                                           if(KEY8==0)
  120.                             {
  121.                                           Delayinput10ms();
  122.                                           if(KEY8==0)
  123.                                           {
  124.                                                                                                                               while(1)
  125.               {
  126.                             Ds18b20ChangTemp();
  127.                             LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
  128.                             temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;            
  129.               }
  130.                                                         while((i<50)&&(KEY8==0))
  131.                                           {
  132.                                                         Delayinput10ms();
  133.                                                         i++;
  134.                                           }
  135.                                           i=0;
  136.                                           }

  138.                             }            
  139.               }
  140.               }                                         
  141.                                                         while((i<50)&&(KEY1==0))
  142.                                           {
  143.                                                         Delayinput10ms();
  144.                                                         i++;
  145.                                           }
  146.                                           i=0;
  147.                                           }
  148.                             ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  149.                                                                         if(KEY2==0)                           
  150.                             {
  151.                                           Delayinput10ms();            
  152.                                           if(KEY2==0)
  153.                                           {
  154.                                                         while(1)
  155.               {
  156.                                           LcdInit();
  157.               for(j=0;j<16;j++)
  158.               {
  159.                             LcdWriteData(PuZh_hih[j]);            
  160.               }
  161.                             if(KEY5==0)
  162.                             {
  163.                                           Delayinput10ms();
  164.                                           if(KEY5==0)
  165.                                           {
  166.                             while(1)
  167.               {
  168.                             Ds18b20ChangTemp();
  169.                             LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
  170.                             temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
  171.                             if(temp_true>20||temp_true<10)
  172.                             {
  173.                                           beeb=0;
  174.                                           Delay1ms(100);
  175.                             }
  176.                             beeb=1;
  177.               }
  178.                                                         while((i<50)&&(KEY5==0))
  179.                                           {
  180.                                                         Delayinput10ms();
  181.                                                         i++;
  182.                                           }
  183.                                           i=0;
  184.                                           }
  185.                             }                           
  186.                                           if(KEY6==0)
  187.                             {
  188.                                           Delayinput10ms();
  189.                                           if(KEY6==0)
  190.                                           {
  191.                                                                                     while(1)
  192.               {
  193.                             LcdInit();
  194.                             for(j=0;j<5;j++)
  195.               {
  196.                             LcdWriteData(PuZh_wrong[j]);            
  197.               }
  198.               }
  199.                                                         while((i<50)&&(KEY6==0))
  200.                                           {
  201.                                                         Delayinput10ms();
  202.                                                         i++;
  203.                                           }
  204.                                           i=0;
  205.                                           }                           
  206.                             }            
  207.                                           if(KEY7==0)
  208.                             {
  209.                                           Delayinput10ms();
  210.                                           if(KEY7==0)
  211.                                           {
  212.                                                                                     while(1)
  213.               {
  214.                            
  215.                             Ds18b20ChangTemp();
  216.                             LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
  217.                             temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
  218.                             if(temp_true<20||temp_true>30)
  219.                             {
  220.                                           beeb=0;
  221.                                           Delay1ms(100);
  222.                             }                           
  223.                             beeb=1;                           
  224.               }
  225.                                                         while((i<50)&&(KEY7==0))
  226.                                           {
  227.                                                         Delayinput10ms();
  228.                                                         i++;
  229.                                           }
  230.                                           i=0;
  231.                                           }
  232.                             }            
  233.                                          
  234. ……………………

  236. …………限于本文篇幅 余下代碼請從51黑下載附件…………
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