基于单片机的多路巡检报警控制系统通信工程本科毕业设计论文.docx

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基于单片机的多路巡检报警控制系统通信工程本科毕业设计论文

班级12111

学号12111022

本科毕业设计论文

题目基于单片机的多路巡检报警控制系统

学院长安学院

专业通信工程

学生姓名高鑫

导师姓名王晓峰

毕业设计（论文）诚信声明书

本人声明：

本人所提交的毕业论文《基于单片机的多路巡检报警控制系统》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。

本论文和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

论文作者：

高鑫（签字）时间：

2016年05月04日

指导教师已阅：

王晓峰（签字）时间：

2016年05月04日

毕业设计（论文）任务书

学生姓名高鑫学号12111022指导教师王晓峰职称教授

学院西安电子科技大学长安学院专业通信工程

题目名称基于单片机的多路巡检报警控制系统

任务与要求

1.熟悉、掌握以单片机为控制中心，制作多路温度检测系统及其相关知识，并能够应用。

2.查阅国内外相关文献资料，了解通过15单片机制作多路温度检测系统，做好阅读笔记，同时阅读、翻译15000单词的外文文献资料。

3.独立完成毕业论文工作，论文全文字数不少于15000字。

4.要求论文结构合理，概念清楚，逻辑清晰，语言通顺，文笔流畅。

5.按时提交开题报告和论文提纲。

6.工作作风严谨，刻苦钻研，每周与指导教师至少沟通联系一次。

7.按时参加论文答辩。

开始日期2015年月日完成日期2016年月日

院长（签字）年月日

注：

本任务书一式两份，一份交学院，一份学生自己保存。

西安电子科技大学长安学院

毕业设计（论文）工作计划

学生姓名高鑫学号12111022

指导教师王晓峰职称教授

学院长安学院专业通信工程

题目名称基于单片机的多路巡检报警控制系统

一、毕业设计（论文）进度

起止时间工作内容

12.15—3.5检索、阅读相关技术资料

3.5—3.18检索、阅读相关技术资料，方案研究

3.18—4.1方案研究、熟悉开发系统硬件电路

4.1—4.15设计电路图和PCB设计,软件设计

4.15—5.8撰写论文、论文答辩

二、主要参考书目（资料）

（1）江世民，《单片机原理及应用》中国铁道出版社2010年。

（2）赵建领、薛园园，《51单片机开发与应用技术详解》电子工业出版社2009年。

（3）郭天祥，《新概念51单片机C语言教程》电子工业出版社2009年。

（4）张毅刚，《单片机原理及接口技术》人民邮电出版社2011年。

（5）何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计，第一版，北京航空航天大学出版社，1993，19-24.

（6）张君谟.单片机中级教程，第一版，北京航空航天大学出版社，2000，25-43.

（7）沙占友.集成温度传感器原理与应用.北京：

机械工业出版社，2002，84-95.

（8）刘川来，李康康，刘成才，徐健.一种组合式温度传感器的研究[J].仪器仪表学报,2007,28（31）：

888-892.

三、主要仪器设备及材料

硬件电路实验板、集成电路、万用表、示波器、计算机.

4、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等）

检索、阅读资料期间，可以在图书馆、自习教室进行；

设计、实验阶段场地在实验室

每周老师和每个毕业设计同学至少讨论一次。

5、对计划的说明

注：

本计划一式两份，一份交学院，一份学生自己保存（计划书双面打印）

西安电子科技大学长安学院

毕业设计（论文）中期检查表

学院

长安学院

专业

通信工程

学生姓名

高鑫

学号

12111022

班级

导师姓名

王晓峰

职称

教授

单位

题目名称

检查内容

检查结果

题目是否更换及更换原因

否

学生出勤情况

100%出勤率，时间抓得很紧

进度评价

（完成总工作量的百分比）

论文工作进展进展顺利，已完成总工作量的60%

质量评价、进度描述

多路温度检测所需器件及焊接都参考实例展开操作，论文的编写也参考了很多有关方面的知识，已完成部分质量好：

多路温度检测模板已准备就绪，调试正在进行，论文初稿正在准备之中。

总体评价

（按优、良、中、及格、不及格五挡评价）

良

存在的问题与建议

程序的编程及应用还有些许不足的地方需参考更多的示例，语言以及格式错误的地方也需要更加细心的修改。

学院审核（盖章）

注：

此表由指导教师填写，中期检查成绩将作为毕业设计总成绩的一部分；此表装订入毕业设计（论文）中。

摘要

随着单片机技术的飞速发展，单片机在各个领域得到了广泛的应用。

在日常生活及工业生产中，经常涉及到温度的测量及控制。

温度测量是温度控制的基础，技术比较成熟。

本文在阐述多点温度系统设计背景及单片机工作原理上，详细介绍了该系统的硬件和软件设计过程。

其中，硬件设计是以AT89C52单片机和DS18B20数字温度传感器为核心器件，主要由多路温度采集、单片机数据处理、键盘输入、LCD温度显示、以及声光报警等部分组成。

另外，系统由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。

单后通过单片机对送来的温度进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。

最后，由1602液晶显示器将温度显示出来。

它可以实时显示和设定温度上下限，实现对当前温度的监测，当温度值超出上、下限时自动报警，实现了系统结构简单、性能可靠、控制精确高的要求。

关键词：

STC89C52单片机LCD显示DS18B20温度传感器

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofmicrocomputertechnology,SCMhasbeenusedwidelyinvariousfields.Thedetectionandcontroloftemperatureisoftenusedindailylifeandindustrialproductionprocess,Temperaturemeasurementisthebasisoftemperature-controllingandamorematuretechnology.Theauthorhasdesignedtemperaturemeasurementsystemforgranarywhichbasedonsinglechipmulti-point.Thispaperpresentsthedesignprocessofthesystem'shardwareandsoftwareonthebaseofthedesigningbackgroudofmulti-pointtemperaturemeasurementsystemandworkingprincipleofsinglechip.Amongthem,thehardwaredesigniscomposedofsixpartsincludingfour-temperature,singlechipdataprocessing,keyboardinput,LCDtemperaturedisplay,thevalvesetandsound&lightalarm,etc.whichusesAT89S52SCMandDS18B20digitaltemperaturesensordeviceasthecoreset.Theauthorusesmodularprogrammingmethodinsoftwaredesign,makingprogramseasiertobedebuggedandmaintainedandusetheCProgrammingLanguagetowriteeachfunctionalsubprogramofdataprocessing,LCDdisplay,keyboardscanning,valvesetandalarmingsystem.VariousfunctionsofthesystemhavebeensimulatedbyPROTELDXPsoftware.Inthecasethatthesoftwareisdebuggedinstable,thehardwarecircuitisweldedwhichtrulyrealizedeachfunctionofthegranary’smulti-pointtemperaturemeasurementsystem.Experimentsshowthatthedesignofmicrocontrollergranarymultipletemperaturemeasurementsystemtoachievebettermulti-pointtemperaturemeasurementsystemgranaryofthefunction.Thesystemissimple,stronganti-interference,practical,hasacertainvalueengineering

Keywords：

DS18B20TemperaturesensorAT89C52SCMLCDdisplay

前言

温度往往是表征对象和过程状态最重要的参数之一。

温度控制系统开始在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。

本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。

单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动化的核心就是单片机。

目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模兴起。

学习单片机的最有效的方法就是理论与实践并重。

本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。

单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LCD进行显示。

本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。

本次设计所采用的控制芯片为STC89C51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。

通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间或是厂房温度的控制和调节功能。

本人选择数字式多路温度采集系统设计。

系统主要技术指标有：

（1）2路温度采集电路及以上。

（2）采集测温范围为-50～+110℃。

（3）温度精度，误差在0.1℃以内。

（4）显示模块，采用LCD1602液晶显示。

1绪论

随着人们生活水平的不断提高，温度的控制在现实生活中引起了高度重视。

采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活性大、高精度等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

单片机的应用控制已出现在生产生活各个领域，其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件在当前节能降耗的大背景下，通过对温度进行测量、监控可以改善各种设备和系统的能源消耗不合理的状况，减少能源的浪费。

随着科技的进步及发展，温度传感器就有测量精度高、功能多样化等特点。

而温度传感器正从原有的模拟化、集成化朝着数字化，智能化方向跨越式发展。

随着现在地球“温室效应”的加剧，温度已然成为人们越来越普遍关注的问题。

通常对多路温度信息进行采集。

常用的测温元件有热电阻、热敏电阻和热电偶等。

而这些元件通常需要连接放大和模/数转换电路，电路结构相对复杂，并且在多路情况下，很难实现各路信号的同时采集。

实际上，随着传感器技术和软件的不断发展，各种温度传感器的性能实现多元化，再利用计算机、单片机、CPLD/FPGA和PLC等辅助工具或元器件，控制多路温度在实际应用中是非常广泛的。

因此，从结构、性能、参数、设计思想等方面权衡把握，才能更好的设计出满足使用性能和要求的控制电路。

1.1国内外发展现状

1.1.1国内外现状

进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。

对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。

此种产品测温范围大都在-200℃~800℃之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.001~0.01之间。

自带LED显示模块，显示4位到16位不等。

有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。

该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。

多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。

针对目前市场的现状，本课题提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的基于51单片机的多路温度测控系统。

该系统采用DS18B20数字温度传感器作为温度采集器件，用STC89C52单片机作为主控芯片，通过1-wire总线外挂多个（至少三个）DS18B20实现多路温度采集，最后通过LCD1602液晶屏显示出来。

功能以及技术指标：

1.用1-wire总线协议实现最基本的4路温度采集功能;

2.温度测量范围：

-55~+125℃；

3.各路温度的精度要求在±1℃；

4.采用LCD显示，同时显示四路DS18B20的温度；

5.用户可以通过按键输入各路温度的报警上限和下限；

6.当系统检测到实际温度超过用户设置的上限或者下限之后报警；

7.应用1-wire通信协议来完成对四路DS18b20的控制；

1.1.2温度测量技术的发展

生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域的大趋势，要实现这些功能，必须借助于工业计算机、现场网络及开放的工业数据库。

利用先进技术手段监测各种复杂生产环境的被控参数如温度、流量及压力等，使生产和管理一体化，可以有效地提高生产和管理的自动化水平。

温度测量是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，追踪测量得到的数据被显示为图表或数字。

这个过程最简单的形式就是它可以告诉生产者所生产的产品的温度、保持这个温度有多长时间以及在什么时间达到了什么温度。

通过分析数据，生产人员可以保证产品达到最好的质量、解决产品存在问题、优化生产工艺路线及节约能耗。

无论是在电子产品的生产、食品加工、还是在医疗器械生产方面，温度都是重要的控制指标，因此温度测量技术具有非常广阔的应用前景

1.2课题研究的意义和目的

1.2.1课题研究的意义

过完成此次毕业设计可以使我们进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理，了解单片机应用系统设计的基本方法和步骤。

通过使用51单片机，理解单片机在数字化仪表中的作用以及掌握单片机的编程方法。

通过设计一个简单的实际应用输入及显示模拟系统，掌握单片机仿真软件Proteus的使用方法。

掌握键盘和显示器在的单片机控制系统中的应用和掌握撰写综合设计报告的方法。

通过对本课题的研究，还可以进一步了解单片机及其应用技术、传感器等技术的发展及研究现状，紧跟时代脉搏；可以进一步深化理论技术方面的知识，培养自身实践动手能力、分析研究及科技创新能力。

1.2.2课题研究的目的

本课题基于单片机原理及其接口技术、Proteus仿真软件以及传感器应用等方面技术来实现对温度的测量。

系统的整体设计思想是以51单片机为控制核心，采用单线数字温度传感器DS18B20进行温度数据采集，利用单片机获取被测温度，实时显示当前温度，并与系统报警设定值进行比较，根据比较结果分别实现上下限报警功能。

2基础知识介绍

2.1单片机简介

2.1.1单片机技术的应用

随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化方向发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。

它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在复杂工业条件下稳定工作。

且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能。

2.2STC89C52简介

2.2.1STC89C52主要特性

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

和atmel的对比STC89C52RC单片机:

8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带4K字节EEPROM存储空间;可直接使用串口下载；at89s52单片机:

8K字节程序存储空间；256字节数据存储空间；没有内带EEPROM存储空间;

2.2.2STC89C52引脚说明

VCC（40引脚）：

电源电压

VSS（20引脚）：

接地

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。

此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表：

在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。

表2-1 P1.0和P1.1引脚复用功能

引脚号

功能特性

P1.0

T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。

P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。

P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。

在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。

P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：

表2-2 P3口引脚复用功能 

引脚号

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

stc89c52具有以下标准功能：

8k字节flash，256字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，stc89c52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

8位微控制器8k字节在系统可编程flash

　　p0口：

p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。

作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平。

对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

　　当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，p0具有内部上拉电阻。

　　在flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

　　p1口：

p1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。

对p1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。

此外，p1.0和p1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和时器/计数器2的触发输入（p1.1/t2ex），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能

　　p1.0t2（定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出

　　p1.1t2e