SPCE061A型單片機在土木工程測溫儀中的應用與設計
摘 要：介紹一種基于SPCE061A型單片機泉坐、DSl8B20型單線數(shù)字溫度傳感器柄童、1602型液晶顯示器和SPR1024型存儲器的測溫系統(tǒng)在土木工程智能測溫儀中的應用缰嘴。給出了其硬件及軟件設計，實現(xiàn)了混凝土溫度的測量治东、顯示准击、存儲與PC的數(shù)據(jù)傳輸。
關鍵詞：單片機;SPCE061A;DS18B20; 混凝土溫度測量
1 引言
在土木工程中缔禾，許多大型的橋梁和大壩都是采用現(xiàn)場澆注的鋼筋混凝土結構胸立。在此類工程中混凝土澆注以后，由于水泥的水化熱作用像样，混凝土內溫度將逐漸上升绷觉，混凝土厚度的差異導致不同的溫升，形成溫度梯度并產生溫度應力莫辨。與外力作用于結構時引起的應力不同傲茄，混凝土的溫度應力是由變形引起的;混凝土的導熱性能較差，澆注初期其強度和彈性模量都較低沮榜，溫度變化引起的變形不明顯盘榨。隨著齡期的增長，混凝土的強度和彈性模量提高，對混凝土變形的約束越來越大草巡，以致產生很大的拉應力守呜，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，開始出現(xiàn)溫度裂紋山憨。這將嚴重影響土木工程的質量查乒，所以很有必要對混凝土澆注后的一段時期內的溫度參數(shù)進行監(jiān)測，可為其合理的澆注和養(yǎng)護提供可靠的數(shù)據(jù)萍歉。采用凌陽科技公司的高性能SPCE061A型單片機侣颂、美國DALLAS公司的DSl8B20型傳感器、SPRl024型大容量存儲器枪孩、1602型液晶顯示構成一種適用于土木工程溫度的智能化監(jiān)測裝置。
2 SPCE061A的特性
2.1 SPCE061A簡介
SPCE061A是凌陽科技公司生產的一款性價比很高的16位單片機藻肄，該單片機具有8路10位ADC硝迁，2路10位DAC，只需外接功率放大器（SPY0030A）即可完成語音的播放朝棉。另外锁龙，凌陽16位單片機易學易用，具有一套高效率的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境沧牧。在此環(huán)境中腺拗，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調用费赋，為軟件開發(fā)提供了方便的條件困碰。
SPCE061A內部還集成了1個ICE（在線仿真電路）接口，對其進行編程尽瑰、仿真非常方便西龟，而且ICE接口不占用芯片上的硬件資源，結合凌陽科技公司提供的集成開發(fā)環(huán)境（μ’nSPIDE）奠拢，可以利用它對SPCE06lA進行真實的仿真;而程序的下載（燒寫）也是通過該接口進行的镣学。圖1示出SPCE061A型單片機的內部結構框圖。
2.2 SPCE061A的特性
●16位μ’nSP微處理器;
●工作電壓：內核工作電壓VDD為3.0 V～3.6V（CPU）瘟则，I/O口的工作電壓VDDH為VDD～5.5 V（I/0）;
●CPU時鐘：0.32 MHz～49.152 MHz;
●內置2K字SRAM;
●內置32K閃存ROM;
●可編程音頻處理;
●晶體振蕩器;
●系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時鐘處于停止狀態(tài)）黎炉，耗電量小于2 μA@3.6 V;
●2個16位可縮程定時器/計數(shù)器（可自動預置初始計數(shù)值）;
●2個lO位DAC（數(shù)/模轉換）輸出通道;
●32位通用可編程輸入/輸出端口;
●14個中斷源可來自定時器A/B，時基醋拧，2個外部時鐘源輸入慷嗜，鍵喚醒;
●具備觸鍵喚醒的功能;
●使用凌陽公司的音頻編碼SACMl_S240方式（2.4 kbit/s），能容納210 s的語音數(shù)據(jù);
●鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號;
●32 768 Hz實時時鐘;
●7通道10位電壓模數(shù)轉換器（ADC）和單通道聲音模數(shù)轉換器;
●聲音模數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制（AGC）功能;
●具備串行設備接口;
●低電壓復位（LVR）和低電壓監(jiān)測（LVD）功能;
●內置在線仿真（ICE趁仙，In-Circuit Emulator）接口洪添。
3 系統(tǒng)硬件設計
該系統(tǒng)是由一個SPCE061A精簡開發(fā)板（61板）、DSl8B20型l-Wire數(shù)字溫度傳感器、SPRl024型128 Kx8 bit Flash干奢、1602型液晶顯示器和外擴UART串口電平轉換電路組成痊焊，可以實現(xiàn)溫度的測量、顯示忿峻、存儲與PC通信等功能薄啥。此系統(tǒng)以SPCE061A為核心，其硬件結構框圖如圖2所示逛尚，SPCE06lA與其他器件的連接如圖3所示垄惧。
4 系統(tǒng)軟件的設計
4.1 主程序的設計
主程序流程如圖4所示。主函數(shù)比較簡單街赊，在程序開始后將系統(tǒng)時鐘調到24.576 MHz搜计，程序中控制1602型液晶顯示器與DSl8B20需要嚴格的讀寫控制時序，其中軟件延時就是按照這個時鐘計算的娘介。然后初始化I/O端口杉藐，打開2 Hz中斷，為定時lOmin做準備用载。調用開機顯示界面攒置，在液晶1602上顯示所需字樣，持續(xù)一段時間披蚕，重新初始化1602尖坦，初始化SIO和UART，為使用SIO和UART做準備讹渴。然后進入循環(huán)装屈，調用測溫函數(shù)測溫，調用顯示函數(shù)顯示脾膨，調用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)愕炸，判斷是否為設定的時間（10 min），如果是幔嫂，調用存儲函數(shù)存儲數(shù)據(jù);如果不是辆它，直接執(zhí)行下一步清看門狗操作，然后繼續(xù)循環(huán)履恩。
4.2 子程序的設計
4.2.1 溫子程序
測溫時首先設置DSl8B20的DQ為高電平锰茉，然后初始化DSl8B20，DSl8B20接收單片機的命令切心，為了簡單起見飒筑，這里跳過ROM命令設置匹配過程，然后再次初始化DSl8B20绽昏，啟動測溫协屡，然后保存溫度并返回俏脊。DSl8B20的驅動程序可以參考DSl8B20的讀寫時序圖進行編程。測溫子程序如圖5所示肤晓。
4.2.2 顯示子程序
測得溫度后爷贫，將溫度數(shù)據(jù)轉換為十進制數(shù)的溫度表示，再通過查表（在C語言中是一個數(shù)組补憾，參考Display函數(shù)中的Data[101]數(shù)組）調用1602顯示在液晶上惯篇，數(shù)據(jù)處理類似于由二進制轉換為十進制，再由十進制轉換為ASCⅡ碼忱厨，讀者可以參考相關的說明辱囤。
4.2.3 存儲子程序
調用SPR1024的用戶函數(shù)，完成存儲功能鲤瞪，存儲的數(shù)據(jù)沒有經過轉換牢介，只是將溫度數(shù)據(jù)分為高低字節(jié)分兩次存儲。
4.2.4 UART通信子程序
通信子程序采用查詢的方法吻蟹，數(shù)據(jù)格式為先發(fā)數(shù)據(jù)oxAA恐丧，然后是溫度數(shù)據(jù)的高字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)的低字節(jié)，最后是0x55結束果邢。
4.2.5 中斷的處理
在程序中打開2 Hz的中斷作為計時使用，設置全局變量g_Minl0為計數(shù)器橙挽，每進入中斷1次計數(shù)器加1辙恨。在主函數(shù)中判斷是否到達預定值（10 min），如果達到冶驴，計數(shù)器清0赡模，重新開始計數(shù)。
5 結束語
該智能化溫度監(jiān)測儀將單片機和大規(guī)模集成電路技術應用于土木工程測試中师抄。在混凝土水化熱溫度監(jiān)測漓柑、鋼結構表面溫度監(jiān)測、大型機械設備溫度監(jiān)測以及糧食叨吮、倉儲系統(tǒng)的溫度監(jiān)測中取得成功的應用辆布。它的成本低，布線簡單茶鉴，使用維護方便锋玲，可以覆蓋幾乎所有的中低溫測量場合。
關鍵詞：單片機;SPCE061A;DS18B20; 混凝土溫度測量
1 引言
在土木工程中缔禾，許多大型的橋梁和大壩都是采用現(xiàn)場澆注的鋼筋混凝土結構胸立。在此類工程中混凝土澆注以后，由于水泥的水化熱作用像样，混凝土內溫度將逐漸上升绷觉，混凝土厚度的差異導致不同的溫升，形成溫度梯度并產生溫度應力莫辨。與外力作用于結構時引起的應力不同傲茄，混凝土的溫度應力是由變形引起的;混凝土的導熱性能較差，澆注初期其強度和彈性模量都較低沮榜，溫度變化引起的變形不明顯盘榨。隨著齡期的增長，混凝土的強度和彈性模量提高，對混凝土變形的約束越來越大草巡，以致產生很大的拉應力守呜，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，開始出現(xiàn)溫度裂紋山憨。這將嚴重影響土木工程的質量查乒，所以很有必要對混凝土澆注后的一段時期內的溫度參數(shù)進行監(jiān)測，可為其合理的澆注和養(yǎng)護提供可靠的數(shù)據(jù)萍歉。采用凌陽科技公司的高性能SPCE061A型單片機侣颂、美國DALLAS公司的DSl8B20型傳感器、SPRl024型大容量存儲器枪孩、1602型液晶顯示構成一種適用于土木工程溫度的智能化監(jiān)測裝置。
2 SPCE061A的特性
2.1 SPCE061A簡介
SPCE061A是凌陽科技公司生產的一款性價比很高的16位單片機藻肄，該單片機具有8路10位ADC硝迁，2路10位DAC，只需外接功率放大器（SPY0030A）即可完成語音的播放朝棉。另外锁龙，凌陽16位單片機易學易用，具有一套高效率的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境沧牧。在此環(huán)境中腺拗，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調用费赋，為軟件開發(fā)提供了方便的條件困碰。
SPCE061A內部還集成了1個ICE（在線仿真電路）接口，對其進行編程尽瑰、仿真非常方便西龟，而且ICE接口不占用芯片上的硬件資源，結合凌陽科技公司提供的集成開發(fā)環(huán)境（μ’nSPIDE）奠拢，可以利用它對SPCE06lA進行真實的仿真;而程序的下載（燒寫）也是通過該接口進行的镣学。圖1示出SPCE061A型單片機的內部結構框圖。
2.2 SPCE061A的特性
●16位μ’nSP微處理器;
●工作電壓：內核工作電壓VDD為3.0 V～3.6V（CPU）瘟则，I/O口的工作電壓VDDH為VDD～5.5 V（I/0）;
●CPU時鐘：0.32 MHz～49.152 MHz;
●內置2K字SRAM;
●內置32K閃存ROM;
●可編程音頻處理;
●晶體振蕩器;
●系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時鐘處于停止狀態(tài)）黎炉，耗電量小于2 μA@3.6 V;
●2個16位可縮程定時器/計數(shù)器（可自動預置初始計數(shù)值）;
●2個lO位DAC（數(shù)/模轉換）輸出通道;
●32位通用可編程輸入/輸出端口;
●14個中斷源可來自定時器A/B，時基醋拧，2個外部時鐘源輸入慷嗜，鍵喚醒;
●具備觸鍵喚醒的功能;
●使用凌陽公司的音頻編碼SACMl_S240方式（2.4 kbit/s），能容納210 s的語音數(shù)據(jù);
●鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號;
●32 768 Hz實時時鐘;
●7通道10位電壓模數(shù)轉換器（ADC）和單通道聲音模數(shù)轉換器;
●聲音模數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制（AGC）功能;
●具備串行設備接口;
●低電壓復位（LVR）和低電壓監(jiān)測（LVD）功能;
●內置在線仿真（ICE趁仙，In-Circuit Emulator）接口洪添。
3 系統(tǒng)硬件設計
該系統(tǒng)是由一個SPCE061A精簡開發(fā)板（61板）、DSl8B20型l-Wire數(shù)字溫度傳感器、SPRl024型128 Kx8 bit Flash干奢、1602型液晶顯示器和外擴UART串口電平轉換電路組成痊焊，可以實現(xiàn)溫度的測量、顯示忿峻、存儲與PC通信等功能薄啥。此系統(tǒng)以SPCE061A為核心，其硬件結構框圖如圖2所示逛尚，SPCE06lA與其他器件的連接如圖3所示垄惧。
4 系統(tǒng)軟件的設計
4.1 主程序的設計
主程序流程如圖4所示。主函數(shù)比較簡單街赊，在程序開始后將系統(tǒng)時鐘調到24.576 MHz搜计，程序中控制1602型液晶顯示器與DSl8B20需要嚴格的讀寫控制時序，其中軟件延時就是按照這個時鐘計算的娘介。然后初始化I/O端口杉藐，打開2 Hz中斷，為定時lOmin做準備用载。調用開機顯示界面攒置，在液晶1602上顯示所需字樣，持續(xù)一段時間披蚕，重新初始化1602尖坦，初始化SIO和UART，為使用SIO和UART做準備讹渴。然后進入循環(huán)装屈，調用測溫函數(shù)測溫，調用顯示函數(shù)顯示脾膨，調用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)愕炸，判斷是否為設定的時間（10 min），如果是幔嫂，調用存儲函數(shù)存儲數(shù)據(jù);如果不是辆它，直接執(zhí)行下一步清看門狗操作，然后繼續(xù)循環(huán)履恩。
4.2 子程序的設計
4.2.1 溫子程序
測溫時首先設置DSl8B20的DQ為高電平锰茉，然后初始化DSl8B20，DSl8B20接收單片機的命令切心，為了簡單起見飒筑，這里跳過ROM命令設置匹配過程，然后再次初始化DSl8B20绽昏，啟動測溫协屡，然后保存溫度并返回俏脊。DSl8B20的驅動程序可以參考DSl8B20的讀寫時序圖進行編程。測溫子程序如圖5所示肤晓。
4.2.2 顯示子程序
測得溫度后爷贫，將溫度數(shù)據(jù)轉換為十進制數(shù)的溫度表示，再通過查表（在C語言中是一個數(shù)組补憾，參考Display函數(shù)中的Data[101]數(shù)組）調用1602顯示在液晶上惯篇，數(shù)據(jù)處理類似于由二進制轉換為十進制，再由十進制轉換為ASCⅡ碼忱厨，讀者可以參考相關的說明辱囤。
4.2.3 存儲子程序
調用SPR1024的用戶函數(shù)，完成存儲功能鲤瞪，存儲的數(shù)據(jù)沒有經過轉換牢介，只是將溫度數(shù)據(jù)分為高低字節(jié)分兩次存儲。
4.2.4 UART通信子程序
通信子程序采用查詢的方法吻蟹，數(shù)據(jù)格式為先發(fā)數(shù)據(jù)oxAA恐丧，然后是溫度數(shù)據(jù)的高字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)的低字節(jié)，最后是0x55結束果邢。
4.2.5 中斷的處理
在程序中打開2 Hz的中斷作為計時使用，設置全局變量g_Minl0為計數(shù)器橙挽，每進入中斷1次計數(shù)器加1辙恨。在主函數(shù)中判斷是否到達預定值（10 min），如果達到冶驴，計數(shù)器清0赡模，重新開始計數(shù)。
5 結束語
該智能化溫度監(jiān)測儀將單片機和大規(guī)模集成電路技術應用于土木工程測試中师抄。在混凝土水化熱溫度監(jiān)測漓柑、鋼結構表面溫度監(jiān)測、大型機械設備溫度監(jiān)測以及糧食叨吮、倉儲系統(tǒng)的溫度監(jiān)測中取得成功的應用辆布。它的成本低，布線簡單茶鉴，使用維護方便锋玲，可以覆蓋幾乎所有的中低溫測量場合。
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