环境温度测量与报警系统.docx
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环境温度测量与报警系统
品级:
湖南工程学院
课程设计
课程名称单片机原理与应用
课题名称情况温度与报警
专业电气工程及其自动化
班级1192班
学号201101019220
姓名李再兵
指导西席赵葵银
2013年09月02日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称单片基原理与应用
课题情况温度与报警
专业班级电气工程及其自动化
学生姓名李再兵
学号201101019220
指导老师赵葵银
审批赵葵银
任务书下达日期2013年09月02日
任务完成日期2013年09月13日
设计内容与设计要求
设计内容：
以51系列单片机为核心，以开发板为平台；设计一个情况温度监测与掩护系统，要求使用温度传感器DS18B20丈量温度，再经单片机处理惩罚后，由LED数码管显示丈量的温度值。
测温范畴为0~100℃，凌驾100℃度报警；并要求焊接好开发板，在开发板上进行调试。
设计要求：
1）确定系统设计方案；
2）进行系统的硬件设计；
3）完成须要元器件选择；
4）开发板焊接及测试
5）系统软件设计及调试；
6）系统联调及操纵说明
7）写说明书
主要设计条件
1.MCS-51单片机实验操纵台1台；
2.PC机及单片机调试软件，仿真软件proteus；
3.开发板1块；
4.制作东西1套；
5.系统设计所需的元器件。
说明书格式
1.封面
2.课程设计任务书
3.目录
4.系统总体方案设计
5.系统硬件设计
6.软件设计（包罗流程图）
7.系统的安装调试说明
8.总结
9.参考文献
10.附录
11.课程设计结果评分表。
进度安排
设计时间分为二周
第一周
星期一、上午：
摆设课题任务，课题介绍及授课。
下午：
借阅有关资料，总体方案讨论。
星期二、分班级焊接开发板
星期三、确定总体方案，学习与设计相关内容。
星期四、各部分方案设计，各部分设计。
星期五、设计及上机调试。
星期六、设计并调试
第二周
星期一：
设计及上机调试。
星期二：
调试，中期查抄。
星期三：
调试、写说明书。
星期四--星期五上午：
写说明书、完成电子版并打印成稿。
星期五下午：
答辩。
参考文献
参考文献
1、王迎旭编.《单片机原理与应用》[M].机器产业出书社，2010。
2、楼然苗编.《51系列单片机设计实例》[M].北京航空航天大学出书社，2006。
3、黄勤编.《盘算机硬件技能底子实验教程》[M].重庆大学出书社，2004。
4、刘乐善编.《微型盘算机接口技能及应用》[M].华中科技大学出书社，2004。
5、陈光东编.《单片微型盘算机原理及接口技能》[M].华中科技大学出书社，2005。
摘要······························································1
第1章引·························································2
1.1课题配景·····················································2
1.2研究内容和意义···············································3
第2章DS18B20概述················································4
2.1DS18B20封装形式及引脚成果···································4
2.2DS18B20内部结构·············································5
2.3DS18B20供电方法·············································6
2.4DS18B20的测温原理··········································6
第3章总体设计方案···············································8
3.1设计目的····················································8
3.2设计任务与要求··············································8
3.2.1设计任务················································8
3.2.2设计要求················································8
3.3根本思路····················································8
3.4总体设计框图················································8
第4章系统硬件设计···············································9
4.1单片机最小系统的设计········································9
4.2温度收罗电路的设计···········································10
4.3LED显示电路的设计···········································10
4.4报警电路的设计··············································11
第5章系统软件设计···············································12
5.1主步伐设计··················································12
5.2温度丈量模块步伐设计········································13
第6章系统的安装调试与仿真·······································14
6.1安装与调试···················································14
6.2仿真························································14
6.2.1软件仿真················································14
6.2.2系统性能测试············································14
第7章总结·······················································16
参考文献··························································17
附录A：
元件清单··················································18
附录B：
硬件原理图················································18
附录C：
源步伐清单················································19
摘要
随着时代的进步和生长，温度的测试已经影响到我们的生活、事情、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。
本文主要介绍了一个基于STC89C52单片机的数字温度报警器系统。
详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的历程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽阐发，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的收罗和报警，并可以凭据需要任意上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度丈量，也可以当做温度处理惩罚模块潜入其他系统中，作为其他主系统的帮助扩展。
DS18B20与STC89C52结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗滋扰能力强，适合于恶劣情况下进行现场温度丈量，有遍及的应用前景。
要害词：
单片机、温度检测、STC89C52、DS18B20
第1章引言
1.1课题配景
温度是产业东西中主要的被控参数之一，遍及使用的种种加热炉、热处理惩罚炉、反响炉等，对工件的温度处理惩罚要求严格控制。
随着科学技能的生长，要求温度丈量的范畴向深度和广度生长，以满足产业生产和科学技能的要求。
基于单片机系统的可移植性、扩展性，利于现代测控、自动化、电气技能等专业实训要求。
以单片机为核心设计的温度报警器，具有宁静可靠、操纵简单方便、智能控制等优点。
温度对付产业生产如此重要，由此推进了温度传感器的生长。
温度传感器主要经过了三个生长阶段：
（1）模拟集成温度传感器。
该传感器是采取硅半导体集成工艺制成，具有成果单一、测温误差小、代价低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗、外围电路简单等特点。
它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典范产物有AD590、AD592、TMP17、LM135等；
（2）模拟集成温度控制器。
模拟集成温度控制器主要包罗温控开关、可编程温度控制器，如LM56、AD22105和MAX6509。
某些增强型集成温度控制器（例如TC652/653）中还包罗了A/D转换器以及固化好的步伐，这与智能温度传感器有某些相似之处。
但它自成系统，事情时并不受微处理惩罚器的控制，这是二者的主要区别；
（3）智能温度传感器（亦称数字温度传感器）。
智能温度传感器是在20世纪90年代中期问世的，其内部都包罗温度传感器、A/D转换器、信号处理惩罚器、存储器（或寄存器）和接口电路。
智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配种种微控制器（MCU）。
进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多成果、总线标准化、高可靠性及宁静性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片机测温系统等的偏向生长。
数字化温度传感器可以直接将温度量以数字脉冲信号形式输出，具有丈量精度高、抗滋扰能力强、传输距离远、外围接口电路简单等诸多优点。
同时数字温度传感器还可直接与微处理惩罚器进行接口，大大方便了传感器输出信号的处理惩罚.数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件，它集温度丈量，A/D转换于一体，具有单总线结构，数字量输出，直接与微机接口等优点。
1.2研究内容和意义
本温度报警器以STC系列单片机为控制核心,开发板为平台，数字温度传感器DS18B20丈量被控温度，结合7段LED组合而成。
当被丈量值超出预设范畴则发出警报，且精度高，适用于大多数产业生产以及教诲讲授领域。
温度是一种最根本的情况参数，它是与人类的生活、事情干系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确丈量的物理量。
从产业炉温、情况气温到人体温度；从空间、海洋抵家用电器，各个技能领域都离不开测温和控温。
因此，研究温度的丈量和控制要领具有重要的意义。
第2章DS18B20概述
DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改造型“单总线”智能数字温度传感器，只需一根线就能直接读出被测温度值，并可凭据实际需求来编程实现9~12位数字值的读数方法。
2.1DS18B20封装形式及引脚成果
图2.1DS18B20封装形式和引脚成果
如图2.1所示，DS18B20引脚名称及界说如下表：
引脚
定义
GND
电源负极
DQ
信号输入输出
VDD
电源正极
NC
空
2.2DS18B20内部结构
C
64
位
R
O
M
和
单
线
接
口
高速缓存
存储器与控制逻辑
温度传感器
高温触发器TH
低温触发器TL
配置寄存器
8位CRC发生器
Vdd
图2.2中出示了DS18B20的主要内部部件，下面对DS18B20内部部分进行简单的描述:
（1）64位ROM：
64位ROM是由厂家使用激光刻录的一个64位二进制ROM代码，是该芯片的标识号，如表2.1所示：
表2.164位ROM标识
8位循环冗余查验
48位序列号
8位分类编号（10H）
MSBLSB
MSBLSB
MSBLSB
第1个8位体现产物分类编号，DS18B20的分类号为10H；接着为48位序列号。
它是一个大于281*1012的十进制编码，作为该芯片的唯一标示代码；最后8位为前56位的CRC循环冗余校验码，由于每个芯片的64位ROM代码差别，因此在单总线上能够并接多个DS18B20进行多点温度实习查验。
（2）温度传感器：
温度传感器是DS18B20的核心部分，该成果部件可完成对温度的丈量通过软件编程可将-55~125℃范畴内的温度值按9位、10位、11位、12位的辨别率进行量化，以上的辨别率都包罗一个标记位，因此对应的温度量化值分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃，即最高辨别率为0.0625℃。
如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测得的数值乘上0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测得的数值需要取反加1再乘上0.0625即可得到实际温度。
（3）高速缓存器：
DS18B20内部的高速缓存器包罗一个高速暂存器RAM和一个非易失性可电擦除的EEPROM。
非易失性可点擦除EEPROM用来存放高温触发器TH、低温触发器TL和配置寄存器中的信息。
（4）配置寄存器：
配置寄存器的内容用于确定温度值的数字转换率。
DS18B20事情是按此寄存器的辨别率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第5个字节，该字节界说如表2.2所示：
表2.2匹配寄存器
TM
R0
R1
1
1
1
1
1
TM是测试模式位，用于设置DS18B20在事情模式照旧在测试模式，在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去窜改；R1和R0用来设置辨别率。
DS18B20依靠一个单线端口通讯。
在单线端口条件下，必须先创建ROM操纵协议，才华进行存储器和控制操纵。
因此，控制器必须首先提供下面5个ROM操纵命令之一：
1）读ROM；2）匹配ROM；
3）搜索ROM；4）跳过ROM；
5）报警搜索。
2.3DS18B20供电方法
DS18B20可以采取外部电源供电和寄生电源供电两种模式。
外部电源供电模式是将DS18B20的GND直接接地，VDD与外部电源正极相连。
DQ与单总线相连作为信号线。
寄生电源供电模式时DS18B20的GND和VDD均直接接地，DQ与单总线相连，单片机其中一个I/O口与DS18B20的DQ端相连。
2.4DS18B20的测温原理
DS18B20的测温原理如图2.5所示,其主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度存储器等成果部件组成。
DS1820测温原理：
用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。
计数器被预置到对应于-55℃的一个值。
如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55℃）的值增加，表明所测温度大于-55℃。
同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来赔偿感温振荡器的抛物线特性。
然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一历程。
斜坡式累加器用来赔偿感温振荡器的非线性，以期在测温时得到比力高的辨别率。
这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。
因此，要想得到所需的辨别力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。
DS18B20内部对此盘算的结果可提供0.5℃的辨别率。
温度以16bit带标记位扩展的二进制补码形式读出，表2.4给出了温度值和输出数据的干系。
表2.4温度数据干系
温度℃
数据输出（二进制）
数据输出（十六进制）
+125
0000000011111010
00FA
+25
0000000000110010
0032
+0.5
0000000000000001
0001
0
0000000000000000
0000
-0.5
1111111111111111
FFFF
-25
1111111111001110
FFCE
-55
1111111110010010
FF92
S18B20遵循单总线协议，每次测温时都必须有4个历程：
•初始化；
•传送ROM操纵命令；
•传送ROM操纵命令；
•数据互换；
第3章总体设计方案
3.1设计目的
本次课题主要是熬炼学生自主学习和动手能力。
加深对单片机的认识，培养学生创新、开发简单步伐技能。
培养学生发明问题、解决问题的能力，从理论上升到实验，理论与实验相互结合，相互促进。
3.2设计任务与要求
3.2.1设计任务
基于STC89C52单片机设计温度报警，可以收罗周围的温度信息进行显示，并且可以凭据应用情况要求作出报警提示。
3.2.2设计要求
（1）实时温度检测并显示对应的温度值。
（2）具有上下限温度报警成果。
3.3根本思路
该系统主要由温度收罗，信号处理惩罚，显示模块以及报警系统等及部分组成。
单片机发出信号控制数字温度传感器DS18B20收罗温度模拟信号，温度传感器将模拟信号转换成电信号回馈给单片机控制中心。
电信号经单片机处理惩罚后通过显示模块将温度显示出来。
当温度到达预定值时，单片时机做出指示，报警系统发出报警提示。
3.4总体设计框图
STC
89C52
单片机
数字温度传感器
双限报警系统
译码显示电路
第4章系统硬件设计
4.1单片机最小系统的设计
单片机是一种集成电路芯片，是采取超大范围集成电路技能把具有数据处理惩罚能力的中央处理惩罚器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等成果集成到一块硅片上组成的一个小而完善的盘算机系统。
本次课程设计中选用STC89C52式单片机，其最小系统主要由电复位、振荡电路组成。
单片机的最小系统如图4.1所示。
单片机的复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上电阻和电容，实现上电复位。
当复位电平连续两个时钟周期以上时复位有效。
复位电路由按键复位和上电复位两部分组成，上电复位是在复位引脚上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND。
AT89C51单片机使用12MHZ的晶振最为振荡源，由于单片机内部有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容一般在15pF至50pF之间。
外部晶振结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。
图4.1单片机最小系统
4.2温度收罗电路的设计
温度收罗电路部分，采取数字温度传感器DS18B20进行温度收罗。
温度丈量范畴为-55℃—+125℃，丈量精度为0.5℃；被测温度用标记扩展的16位数字量方法串行输出；CPU只需用一个端口线就可以与DS18B20通信。
温度收罗电路如图4.2所示。
DS18B20采取单线进行数据传输，与单片机的P1.0口相连进行数据的双向传输。
图4.2温度收罗电路
4.3LED显示电路的设计
LED数码管与单片机的P0口相连，单片机将收罗到的温度值转化为与数码管对应的数据，通过P0口输出显示。
即信号通过译码管的端口a、b、c、d、e、f、g、dp端来控制每段译码管的亮灭与否，同时通过端口1、2、3、4四个端口来控制四个译码管。
在本次设计中，收罗到的温度值凌驾所设置的范畴时，单片时机输出一信号，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发出报警信号。
LED数码显示电路如图4.3所示。
图4.3数码显示电路
4.4报警电路的设计
报警电路中加一PNP三极管驱动，基极接单片机P11口，当端口酿成低电平时，驱动三极管会导通，VCC电压加载到蜂鸣器使其发声、报警发光二极管亮，如图4.4所示。
图4.4报警电路
第5章系统软件设计
系统步伐主要包罗主步伐，温度传感器初始化子步伐，温度传感器读写子步伐，温度转换与盘算子步伐以及显示子步伐。
5.1主步伐设计
主步伐的主要成果是卖力读出并处理惩罚DS18B20的丈量的当前温度值，温度的实时显示，并凭据设置的上下限判断是否报警。
系统开始运行时，温度传感器丈量并盘算温度值通过P1.0口传输进单片机里进行处理惩罚，经过处理惩罚后的数据再通过P0口传输到数码管进行显示。
通过按键设置温度报警界限，当凌驾报警界限时单片机将相应的数据通过P3.7口传输报警，其步伐流程见图5.1所示。
图5.1主步伐流程图
5.2温度丈量模块步伐设计
温度丈量步伐完成的成果是读出数字温度传感器的温度值。
要正确的读出温度值，必须严格遵守单总线器件的命令序列，不然，单总线器件不会响应主机。
单总线器件命令序列如图5.2.1所示。
温度丈量模块步伐流程图如图5.2.2所示。
发DS18B20复位命令
开始
发跳过ROM命令
发温度转换开始命令
结束
图5.2.1单总线器件命令序列图5.2.2温度丈量模块步伐流程图
第6章系统的安装调试与仿真
系统调试以步伐为主，硬件调试比力简单，软件调试可以先编写显示步伐并进行硬件正确性查验，然后分别进行主步伐、读出温度子步伐、温度转换命令子步伐、盘算温度子步伐、显示刷新等子步伐的编程及调试，由于DS18B20与单片机采取串行数据传送，因此，对DS18B20进行读写编程时必须严格的包管读写时序，不然将无法读取丈量结果。
6.1安装与调试
凭据STC89C52单片机版原理图焊接好元器件，并查抄个焊点是否出现虚焊，焊盘脱落等情况。
然后上电检测各模块的通电情况，尽可能排除一切妨碍包管调试顺利。
凭据设计要求选好单片机引脚接通线路。
本课程设计主要应用了单片机为主控元件，温度传感器DS18B20收罗温度信号从P1.0口传送给单片机，单片机对温度电信号处理惩罚后经P0口送显示模块显示相应温度，P2口作为位选控制LED灯的选通与否。
当温度到达预设值时，单片时机从P3.7口发出报警信号，做出报警提示。
本步伐采取单片机C语言编写，用Keil编译器编程调试，能很好的找出编程出现的错误以及逻辑成果等问题。
Keil生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
6.2仿真
6.2.1软件仿真
将Keil生成的hex文件调入Proteus电路图的单片机中，点击图左下角的开始键运行，步伐初始化后通过调治DS18B20温度传感器的数值，数码管会显示相应的数值，仿真
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