便携式温度曲线监测仪

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摘要:设计一种利用STC89C52RC单片机和LCD为主要器件的温度曲线监测仪,能够实现对温度变化的实时跟踪,显示出温度变化曲线,同时显示瞬时温度值。系统的主控芯片是51内核的STC单片机,通过它控制温度传感器DS18B20采集温度数据,送入液晶屏显示。本方法是对传统的基于PC机为客户端的监测仪进行改进,省略RS232或RS485与PC机的数据传输,突出携带方便的优势。

关键词:STC单片机12864LCD温度传感器

1 引言

绝大多数的温度测量系统都需要与PC机连接才能观察温度变化曲线。分两大部分,第一部分是PC端,第二部分是以智能温度传感器DS18B20为核心构成的温度检测系统,主要安装在各温度采集点。温度采集后需要通过RS-485总线将采集到的温度送到PC端统一处理,利用PC端的VB软件可以满足用户对数据的各种要求,供使用者观察及对数据进行对比。目前该设计主要在工业,农业生产上广泛应用,例如温室养殖、反季节作物等。现设计一种利用STC89C52RC单片机和LCD为主要器件的温度曲线监测仪,能够实现对温度变化的实时跟踪,显示出温度变化曲线,同时显示瞬时温度值。

2 系统设计

本设计总体电路图如图1所示,主要由温度检测器、控制按钮、STC52RC单片机、LCD曲线显示仪。分别实现温度采集,读取DS18B20的数据并驱动液晶模块,显示温度曲线的功能。单片机选用STC52RC单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。

2.1 温度检测

温度传感器 DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字式温度传感器,具有结构简单,操作灵活,无须外接电路的的优点。在使用过程中,可由一根I/O数据线既供电又传输数据,并可由用户设置温度报警界限。DS18B20的核心是一个直接数字化的温度传感器,可将-55°C到+250°C之间的温度值按9位、11位、或12位的分辨率进行量化,器件默认值是12位的分辨率。

2.1.1 数据格式

当DS18B20接受到单片机发出的温度转换命令后,就开始温度转换操作并把转换后的的结果放到16位的便笺内存的温度寄存器中。数据格式为符号扩展的二进制补码。读便笺内存命令使得结果数据顺序置于总线上,其最底位LSB在前,最高位MSB定义位符号位。温度数据的格式如图2所示,当符号扩展位S为0时表示正的温度值,当符号扩展位S为1时表示负的温度值。如当温度为+125°C,二进制显示为0000 0111 1101 0000,十六进制显示为07D0h;温度为-55°C,二进制显示为1111 1100 1001 0000,十六进制显示为FC90h。

2.1.2 单总线通信协议

通过单总线接口访问DS18B20的协议如下:

(1)初始化。单总线上的所有处理均从初始化开始。初始化序列包括总线主机发出一个复位脉冲,接着由从器件发出应答脉冲。(2)ROM操作命令。总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令字。当命令读取ROM,代码33H;匹配ROM,代码55H;直访ROM,代码CCH;搜索ROM,代码F0H;报警搜索,代码ECH。(3)存储器操作命令。DS18B20的存储器操作命令包括1条温度转换(代码44H)启动命令和5条存储功能命令,这5条内存功能命令包括写便笺内存(代码4EH)、读便笺内存(代码BEH)、复制便笺存储器(代码48H)、回读EEPROM(代码B8H)和读电源(代码B4H)。

2.2显示模块

LCD该设计在方案选择上主要是对显示部分的器件选择,12864液晶按驱动芯片不同可分为两大类。第一类是汉字显示LCM,一般用的都是基于Sitronix公司的ST7920控制/驱动芯片,因为它自带汉字字库。但是一切优点同时伴随着缺点,基于ST7920的LCM在价格上要比普通图形点阵LCM要高出30%～50%;第二类是普通图形点阵LCM,产品使用不同厂家,不同型号的控制/驱动芯片,相应的操控方式是不同的。综合各个LCM的优缺点,并结合本设计用到LCM的作用主要是处理图像方面,对汉字的要求不多,所以最后采用以KS0108为驱动芯片的LCM。

12864B是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/ 列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成.可完成图形显示,也可以显示8×4个(16×16点阵)汉字。在指令码显示不同指令(RW、DI、D7…D0)时显示ON/0FF,0表示关,1表示开;显示起始行;设置x、y地址;读取状态;将数据线上的数据D87~D80读取并写入DDRAM。

受整个系统供电的限制,这里采用电源供电。给液晶模块提供一路电压,即逻辑电压VDD,一般+5V,液晶模块内部集成了DC-DC转换电路,而液晶屏的驱动则由DC-DC转换电路提供。

3 软件设计

3.1 温度采集程序设计

当DS18B20接收到温度转换的命令后,开始启动转换,转换完后的温度值就是16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节,在读出时需要进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。单片机可以通过单总线接口读出该数据,读数据时,低位在先,高位在后,数据格式以0.0625/LSB形式表示,当符号位是S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制转换成十进制,当符号位S=1时,表示的温度值为负值,要先将补码变成原码,再转换成十进制值。64位ROM的最高有效字节中存储着循环冗余检查码(CRC),主机根据ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断接收到的ROM数据是否正确。图4所示是DS18B20工作流程。

3.2 显示程序设计

LCD12864作为该系统的显示部分,需要对温度传感器得到的数据进行曲线显示。LCD工作时首先进行初始化,然后读取温度数据。。

4 结语

在本系统利用STC89C52RC单片机和12864LCD为主要器件设计的温度曲线监测仪。该系统能够实现对温度变化的实时跟踪,显示出温度变化曲线,同时显示瞬时温度值。主控芯片是51内核的STC单片机,通过它控制温度传感器DS18B20采集温度数据,送入液晶屏显示。该系统是对传统的基于PC机为客户端的监测仪进行改进,省略RS232或RS485与PC机的数据传输,突出携带方便的优势

致谢:本文得到了李祖欣博士的细心指导,在此表示感谢!

参考文献

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