分享一個(gè)基于51單片機(jī)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(shí)習(xí)報(bào)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(shí)習(xí)教學(xué)基本信息 | 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(shí)習(xí) | | Syllabus of Measurement-Control Instrumentation Production and Application Practice for Specialty of Measurement-control Technology and Instrumentation | | | | | | | | |
二、生產(chǎn)實(shí)習(xí)目的、意義及要求 1、目的和意義： 生產(chǎn)實(shí)習(xí)是本科教學(xué)計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的重要途徑，通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)可以達(dá)到以下目的： （1）增加學(xué)生的感性認(rèn)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(shí)際中應(yīng)用，使學(xué)生明白如何將所學(xué)的理論知識運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際中，并主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)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(jìn)的管理模式、生產(chǎn)模式進(jìn)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(shí)際的能力。通過和工程技術(shù)人員的現(xiàn)場交流，進(jìn)一步提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，加強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)生產(chǎn)工藝和各種設(shè)備的實(shí)際操作能力，培養(yǎng)學(xué)生對測控儀器的設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(shí)習(xí)的帶隊(duì)教師應(yīng)具有中、高級職稱，并具有2-3次指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，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(gè)學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)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(shí)習(xí)的整個(gè)過程中； （3）生產(chǎn)實(shí)習(xí)的帶隊(duì)教師在生產(chǎn)實(shí)習(xí)結(jié)束后，對生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)全過程進(jìn)行總結(jié)，并報(bào)教務(wù)處實(shí)驗(yàn)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(shí)刻以大局出發(fā)，聽從帶隊(duì)教師的安排； （5）在實(shí)習(xí)過程中學(xué)生要有規(guī)范的生產(chǎn)實(shí)習(xí)記錄，并在完成實(shí)習(xí)后寫出全面的生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告。
溫度監(jiān)測儀表設(shè)計(jì)與調(diào)試 功能概述： 實(shí)現(xiàn)溫度測量和顯示；實(shí)現(xiàn)上下限設(shè)置功能；設(shè)計(jì)超限報(bào)警方案 硬件設(shè)計(jì)： 溫度監(jiān)測儀表的硬件設(shè)計(jì)框架如下 MCU: 采用傳統(tǒng)的51單片機(jī)開發(fā)板，此開發(fā)板功能強(qiáng)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(yàn)，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(dòng)態(tài)顯示（可以直接單片機(jī)驅(qū)動(dòng)接口、也有74HC595 驅(qū)動(dòng)接口，接口引出） 7. 步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)（接口引出，可選配步進(jìn)馬達(dá)） 8. 八個(gè)普通按鈕輸入（接口引出） 9. 8 個(gè)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(yàn)） 10.蜂鈴器（做單片機(jī)發(fā)聲實(shí)驗(yàn)） 11.PCF8563 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（年、月、日、時(shí)、分、秒 NXP 芯片，時(shí)間準(zhǔn)、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(jī)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(dá)林頓驅(qū)動(dòng)（輸出電流可以達(dá)到1A 可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)） 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(qiáng)型C51 單片機(jī)(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(jī)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(yàn)） 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(shí)時(shí)時(shí)鐘（PCF8563）的后備電源（掉電了時(shí)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(jī)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(jī)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(diǎn)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(yuǎn)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量，硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，與單片機(jī)接口幾乎不需要外圍元件。 在許多工業(yè)場合中都要進(jìn)行溫度檢測和溫度控制,常用方法是采用溫度傳感進(jìn)行檢測,配合單片機(jī)進(jìn)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(qiáng)、易與微處理器接口等優(yōu)點(diǎn),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(shí)現(xiàn),并且適用于幾乎所有類型的單片機(jī)。 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(gè)傳感器,構(gòu)成多點(diǎn)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(dá)± 0.5℃，穩(wěn)定度為1%。通過編程可實(shí)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(gè)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(shí)默認(rèn)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(gè)約4. 7k Ω的上拉電阻，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)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?yàn)槠涮厥獾奈锢怼⒒瘜W(xué)、光學(xué)特性，20世紀(jì)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(diǎn)、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(diǎn)陣的行、列數(shù)來命名的。比如:1602的意思是每行顯示16個(gè)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(gè)點(diǎn)來顯示各種圖形，我們可以通過程序控制這122 X 32個(gè)點(diǎn)中的任一個(gè)點(diǎn)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(jì)出任意數(shù)組合的點(diǎn)陣液晶。 
現(xiàn)在來看LCD1602 的操作時(shí)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(gè)寫時(shí)序： ① 當(dāng)我們要寫指令字，設(shè)置LCD1602 的工作方式時(shí)：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(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。 ② 當(dāng)我們要寫入數(shù)據(jù)字，在1602 上實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)：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(gè)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(shí)序圖： 
下面是時(shí)序參數(shù)表： 
LDC1602的原理圖表示： 輸入模塊：采用獨(dú)立鍵盤輸入 圖為一個(gè)典型的接觸式按鍵  ，
按鍵常常遇到的問題—抖動(dòng)問題。 
按鍵未按下之前，圖四按鍵左端的導(dǎo)線因?yàn)檫B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(gè)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(diǎn)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(gè)負(fù)脈沖波形。但是，實(shí)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(dòng)。 按鍵抖動(dòng)的原因是，接觸式按鍵是靠機(jī)械的接觸來實(shí)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(gè)“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(dá)到最緊的狀態(tài)，也要經(jīng)歷一個(gè)從握住到最緊握的過程。那么在這個(gè)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(shí)間內(nèi)有非常多的“按下——抬起”動(dòng)作。而這段抖動(dòng)的時(shí)間，大概是10~20 毫秒，依不同的環(huán)境條件而定。 解決這個(gè)問題常見的方法有軟件去抖動(dòng)和硬件去抖動(dòng)。 
獨(dú)立按鍵一共8個(gè)，分別連接在單片機(jī)的P3.0。去抖動(dòng)的方式，我們采用軟件延時(shí)的方法。過程如下： - 先設(shè)置IO口為高電平（一般上電默認(rèn)就為高）
- 讀取IO口電平確認(rèn)是否有按鍵按下
- 如有IO電平為低電平后，延時(shí)幾個(gè)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(jì)： 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(gè)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(jī)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(dāng)下限值輸入完成后，接著會(huì)顯示“please input hih”。表示等待輸入上限值 當(dāng)上限值輸入完成后，會(huì)顯示當(dāng)前的溫度值 若兩次輸入的值相同，會(huì)顯示“ｗｒｏｎｇ” 另外，設(shè)計(jì)上也有容錯(cuò)的設(shè)計(jì)，即使輸入的下限值比上限值大，也會(huì)按照小值為下限值大值為上限值的區(qū)間進(jìn)行溫度判斷和報(bào)警。 四、實(shí)習(xí)收獲與總結(jié) 1．通過第一周的參觀實(shí)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(gè)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(rèn)識到我們學(xué)習(xí)中的不足，他們的自動(dòng)化水平是我們在學(xué)校里見不到的。 另外我也認(rèn)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(jìn)口的，而且價(jià)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(shí)實(shí)做事，不要虛的。 2.通過第二周的實(shí)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(shí)習(xí)，我們切切實(shí)實(shí)用開發(fā)板做了一個(gè)溫度儀器監(jiān)測系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)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(huì)讓程序更簡潔。還有以前在寫程序的時(shí)候不會(huì)理會(huì)警告信息，但是這次我特意把所有的警告全都修復(fù)了，很大的成就感啊！雖然大概功能實(shí)現(xiàn)了，但是存在的不足很多，要想成為一個(gè)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(shí)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(jī)會(huì)參加產(chǎn)品制作和的時(shí)候，一定要以工匠精神來對待。
單片機(jī)源程序如下:
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