51單片機+DS18b20溫度監(jiān)測儀設(shè)計與調(diào)試生產(chǎn)實習(xí)報告

ID:321584 · 發(fā)表于 2018-5-3 20:32

分享一個基于51單片機的DS18b20溫度測量系統(tǒng)，可以設(shè)置低閾值和高閾值

生產(chǎn)實習(xí)報告

學(xué) 院：測控技術(shù)與通信工程學(xué)院

專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程

班級：14-1

學(xué)生姓名:趙*

學(xué) 號：140*

指導(dǎo)教師：劉*

一、生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)基本信息

實習(xí)名稱	測控技術(shù)及儀器專業(yè)測控儀器生產(chǎn)與工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)實習(xí)
英文名稱	Syllabus of Measurement-Control Instrumentation Production and Application Practice for Specialty of Measurement-control Technology and Instrumentation
實習(xí)學(xué)期	6	實習(xí)周數(shù)	3	學(xué)分	3	場所	省外

二、生產(chǎn)實習(xí)目的、意義及要求

1、目的和意義：

生產(chǎn)實習(xí)是本科教學(xué)計劃的一個重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力的重要途徑，通過生產(chǎn)實習(xí)可以達到以下目的：

（1）增加學(xué)生的感性認識。通過在生產(chǎn)工廠的參觀，讓學(xué)生最直觀的了解測控技術(shù)如何轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品并在工程實際中應(yīng)用，使學(xué)生明白如何將所學(xué)的理論知識運用到生產(chǎn)實際中，并主動適應(yīng)社會的經(jīng)濟發(fā)展對高級專門人才的需要。

（2）注重學(xué)生工程綜合能力的培養(yǎng)。通過對高新技術(shù)企業(yè)先進的管理模式、生產(chǎn)模式進行剖析，培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程綜合能力。

（3）提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。通過和工程技術(shù)人員的現(xiàn)場交流，進一步提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，加強學(xué)生對相關(guān)生產(chǎn)工藝和各種設(shè)備的實際操作能力，培養(yǎng)學(xué)生對測控儀器的設(shè)計與開發(fā)能力。

（4）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。通過對高新技術(shù)企業(yè)的參觀和帶隊指導(dǎo)老師的正確引導(dǎo)，讓學(xué)生了解并掌握測控技術(shù)在工程域中應(yīng)領(lǐng)的新技術(shù)，注重學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

（5）通過學(xué)生對生產(chǎn)實際的觀察、分析，建立大工程意識；通過對市場、質(zhì)量、效益等關(guān)鍵因素的分析了解，培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品和品牌意識。

2、要求：

（1）生產(chǎn)實習(xí)的帶隊教師應(yīng)具有中、高級職稱，并具有2-3次指導(dǎo)生產(chǎn)實習(xí)經(jīng)驗，并且應(yīng)是全面了解生產(chǎn)工藝過程的教師；

（2）指導(dǎo)教師要對每個學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)的各個環(huán)節(jié)進行認真考核，并且給出考核成績，要對學(xué)生的安全教育放在生產(chǎn)實習(xí)的整個過程中；

（3）生產(chǎn)實習(xí)的帶隊教師在生產(chǎn)實習(xí)結(jié)束后，對生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)全過程進行總結(jié)，并報教務(wù)處實驗教學(xué)科；

（4）要求學(xué)生遵守工廠的有關(guān)規(guī)章制度，注意安全，能時刻以大局出發(fā)，聽從帶隊教師的安排；

（5）在實習(xí)過程中學(xué)生要有規(guī)范的生產(chǎn)實習(xí)記錄，并在完成實習(xí)后寫出全面的生產(chǎn)實習(xí)報告。

溫度監(jiān)測儀表設(shè)計與調(diào)試

功能概述：

實現(xiàn)溫度測量和顯示；實現(xiàn)上下限設(shè)置功能；設(shè)計超限報警方案

硬件設(shè)計：

溫度監(jiān)測儀表的硬件設(shè)計框架如下

MCU: 采用傳統(tǒng)的51單片機開發(fā)板，此開發(fā)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(fā)射遙控器

4. 繼電器輸出

5. 8 位靜態(tài)數(shù)碼管顯示（接口引出）

6. 1 位數(shù)碼管動態(tài)顯示（可以直接單片機驅(qū)動接口、也有74HC595 驅(qū)動接口，接口引出）

7. 步進馬達驅(qū)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(fā)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(yè)級數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)存儲（可以保存機器中的各種參數(shù)）

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(qū)動（輸出電流可以達到1A 可以驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(wěn)。)

22.支持PS/2 電腦鍵盤接入（通過PS/2 通信協(xié)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(fā)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(huán)境參數(shù)，日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要檢測溫度。傳統(tǒng)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(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號后才能與單片機等微處理器接口，使得硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本較高。近年來，美國DALLAS 公司生產(chǎn)的DSl8B20 為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器以其突出優(yōu)點廣泛使用于倉儲管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測、科學(xué)研究以及日常生活中。DSl8B20 集溫度測量和A/D 轉(zhuǎn)換于一體，直接輸出數(shù)字量，傳輸距離遠，可以很方便地實現(xiàn)多點測量，硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，與單片機接口幾乎不需要外圍元件。

　在許多工業(yè)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(chǎn)的“一線總線”接口的數(shù)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(yōu)點,可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微處理器接收處理。利用這種溫度傳感器構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)電路非常簡單、易于實現(xiàn),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(shù)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(gòu)成多點測溫網(wǎng)絡(luò),是溫度場監(jiān)控系統(tǒng)的理想選擇。

美國DALLAS 半導(dǎo)體公司的DSl8B20 是世界上第一片支持“單總線”接口的數(shù)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(yīng)不同的環(huán)境需求。各引腳的功能：GND為電壓地；DQ為單數(shù)據(jù)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(nèi)的測量精度可達± 0.5℃，穩(wěn)定度為1%。通過編程可實現(xiàn)9、10、11、l2 位的分辨率讀出溫度數(shù)據(jù)，以上都包括一個符號位，因此對應(yīng)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(zhuǎn)換精度。讀取或?qū)懭隓S18B20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(tài)為高電平。支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。此外DS18B20是溫度- 電流傳感器，對于提高系統(tǒng)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(xué)、光學(xué)特性，20世紀中葉開始廣泛應(yīng)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(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)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(shù)或液晶點陣的行、列數(shù)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(shù)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(jù)客戶需要，廠家可以設(shè)計出任意數(shù)組合的點陣液晶。

現(xiàn)在來看LCD1602 的操作時序：

在此，我們不需要讀出它的數(shù)據(jù)的狀態(tài)或者數(shù)據(jù)本身。所以只需要看兩個寫時序：

① 當我們要寫指令字，設(shè)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(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0~D7，最后E引腳一個高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。

② 當我們要寫入數(shù)據(jù)字，在1602 上實現(xiàn)顯示時：需要把RS置為高電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0~D7，最后E 引腳一個高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。發(fā)現(xiàn)了么，寫指令和寫數(shù)據(jù)，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(shù)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(dǎo)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(dǎo)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(tài)。如果只考察按鍵左端的電平變化，應(yīng)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(yīng)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(xiàn)開關(guān)作用的。這種接觸方式就注定了它要經(jīng)歷一個“接觸不穩(wěn)定——正在穩(wěn)定中——徹底穩(wěn)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(tài)，也要經(jīng)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(tài)。體現(xiàn)在電路中，就是在一小段時間內(nèi)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(huán)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(shè)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(yīng)按鍵按下
執(zhí)行相應(yīng)按鍵的程序

軟件設(shè)計：

由于溫度監(jiān)測儀表的代碼重復(fù)率高，所以我采用了多個功能模塊分別編寫.c和對應(yīng).h文件，對應(yīng)文件具體代碼將在附錄中體現(xiàn)

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(shè)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(shè)計上也有容錯的設(shè)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(qū)間進行溫度判斷和報警。

四、實習(xí)收獲與總結(jié)

1．通過第一周的參觀實習(xí)，我們參觀了幾家業(yè)內(nèi)小有名氣的企業(yè)，從中我們看到了企業(yè)文化，企業(yè)管理等方方面面。但是作為一個工科生，我最關(guān)心的企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備讓我產(chǎn)生了極大的興趣，我認識到我們學(xué)習(xí)中的不足，他們的自動化水平是我們在學(xué)校里見不到的。

另外我也認識到了我們國家的高精端科學(xué)技術(shù)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(shè)備，而是我們的浮躁的心態(tài)，我們應(yīng)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(xí)，我們了解到嵌入式技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，也大概了解到安卓系統(tǒng)的框架。

3.通過第三周的實習(xí)，我們切切實實用開發(fā)板做了一個溫度儀器監(jiān)測系統(tǒng)。在設(shè)計軟件和調(diào)試的過程中，遇到了許多麻煩也走了許多彎路。但是也學(xué)到許多有用的東西，比如，讓重復(fù)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(fù)了，很大的成就感��！雖然大概功能實現(xiàn)了，但是存在的不足很多，要想成為一個產(chǎn)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(xiàn)在國產(chǎn)的功能都能實現(xiàn)，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(chǎn)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:

/*******************************************************************/
main.c
/*******************************************************************/
#include<reg51.h>
#include"lcd.h"
#include"temp.h"
#include"input.h"
unsigned char PuZh_low[]="please input low";
unsigned char PuZh_hih[]="please input hih";
unsigned char PuZh_wrong[]="wrong";
sbit beeb=P1^5;
void LcdDisplay(int);
float temp_true;
void main()
{
int i,j;
KEY1=1;
KEY2=1;
KEY3=1;
KEY4=1;
KEY5=1;
KEY6=1;
KEY7=1;
KEY8=1;
beeb=1;
P2=1;
while(1)
{
LcdInit();
for(j=0;j<16;j++)
{
LcdWriteData(PuZh_low[j]);
}
if(KEY1==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY1==0)
{
while(1)
{
LcdInit();
for(j=0;j<16;j++)
{
LcdWriteData(PuZh_hih[j]);
}
if(KEY5==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY5==0)
{
while(1)
{
LcdInit();
for(j=0;j<5;j++)
{
LcdWriteData(PuZh_wrong[j]);
}
}
while((i<50)&&(KEY5==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
}
if(KEY6==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY6==0)
{
while(1)
{
Ds18b20ChangTemp();
LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
if(temp_true<10||temp_true>20)
{
beeb=0;
Delay1ms(100);
}
beeb=1;
}
while((i<50)&&(KEY6==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
}
if(KEY7==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY7==0)
{
while(1)
{
Ds18b20ChangTemp();
LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
if(temp_true<10||temp_true>30)
{
beeb=0;
Delay1ms(100);
}
beeb=1;
}
while((i<50)&&(KEY7==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
}
if(KEY8==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY8==0)
{
while(1)
{
Ds18b20ChangTemp();
LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
}
while((i<50)&&(KEY8==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
}
}
}
while((i<50)&&(KEY1==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
if(KEY2==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY2==0)
{
while(1)
{
LcdInit();
for(j=0;j<16;j++)
{
LcdWriteData(PuZh_hih[j]);
}
if(KEY5==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY5==0)
{
while(1)
{
Ds18b20ChangTemp();
LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
if(temp_true>20||temp_true<10)
{
beeb=0;
Delay1ms(100);
}
beeb=1;
}
while((i<50)&&(KEY5==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
}
if(KEY6==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY6==0)
{
while(1)
{
LcdInit();
for(j=0;j<5;j++)
{
LcdWriteData(PuZh_wrong[j]);
}
}
while((i<50)&&(KEY6==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
}
if(KEY7==0)
{
Delayinput10ms();
if(KEY7==0)
{
while(1)
{
Ds18b20ChangTemp();
LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());
temp_true=Ds18b20ReadTemp()*0.0625*100+0.5;
if(temp_true<20||temp_true>30)
{
beeb=0;
Delay1ms(100);
}
beeb=1;
}
while((i<50)&&(KEY7==0))
{
Delayinput10ms();
i++;
}
i=0;
}
}
……………………
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