温度报警器肖旭134118讲解.docx
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温度报警器肖旭134118讲解
课程设计（论文）
题目名称温度报警器
课程名称电子测量技术与仪器
学生姓名肖旭
学号**********
系、专业电气工程系测控技术与仪器
指导教师李辉
、
、
2016年1月11日
邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业
13测控
学生姓名
肖旭
学号
1341203018
题目名称
温度报警器
设计时间
2016年1月4日—2016年1月15日
课程名称
电气测量技术与仪器
课程编号
121201202B
设计地点
智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）
一、课程设计（论文）目的
课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。
电气测量技术课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象.《电气测量技术课程设计》是继《电子技术》、和《单片机原理与应用》课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程电气测量技术的基本知识，独立进行电气测量的应用技术和开发工作,掌握电气测量技术的应用、调试和电路设计、分析及调试检测。
二、已知技术参数和条件
在生物培育室、蔬菜大棚等场合，对温度有一定要求。
如果温度太高，则应及时采取降温措施；如果温度太低，则应及时采取升温措施。
为了便于及时了解温度是否正常，可使用温度报警器。
三．任务和要求
⑴0℃～30℃，5℃为一档显示；
⑵高于30℃，发出1kHz声响，同时打开电扇继电器；当低于28℃，停止；
⑶低于10℃，发出1kHz间歇声响，同时打开加热器；当高于12℃，停止。
注：
1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）
陈立周编《电气测量》第三版，机械工业出版，2013，2
申忠如等编著《电气测量技术》，科学出版社，2014，1。
五、进度安排
2016年1月4日-5日：
收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求
2016年1月6日-7日：
总体方案设计
2016年1月8日-9日：
硬件电路设计
2016年1月10日-11日：
软件设计
2016年1月12日-13日：
系统调试改进
2016年1月14日：
整理书写设计说明书
2016年1月15日：
答辩并考核
六、教研室审批意见
教研室主任（签字）：
年月日
七|、主管教学主任意见
主管主任（签字）：
年月日
八、备注
指导教师（签名）：
学生（签名）：
邵阳学院课程设计（论文）评阅表
学生姓名肖旭学号**********
系电气工程系专业班级13测控技术与仪器
题目名称温度报警器课程名称电子测量技术与仪器
一、学生自我总结
在为期两周的课程设计中，从对专业知识的几近不熟悉到后期的熟悉并运用是一个艰难的过程。
毫无头绪的开始，然后开始设想方案，查阅了多本书籍外加组员相互讨论终于雏形颇具，但是在仿真中又遇到各式各样细节性的问题使得仿真无法继续，课题最有意义的地方便是这一个个细节故障的排除和电路设计的优化，使得设计具有了新的生命，对专业知识的领悟也随着上升一个等级。
对于知识点和各个芯片以及电路系统的运用已经更加娴熟，得心应手，对我而言是一个质的飞跃，是一个难得的成长。
感谢老师，感谢同伴！
学生签名：
肖旭2016年1月11日
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
论文
答辩
综合成绩
权重
30
40
30
单项成绩
指导教师评语：
指导教师（签名）：
年月日
注：
1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
摘要
本课程设计为温度报警器。
DS18B20温度测量系统是以AT89C52单片机为控制核心，智能温度传感器DS18B20以及各个分支部分为控制对象，用七段数码管显示，运用C语言和软件进而转化为汇编语言实现设计系统的各种功能。
设计完成了读DS18B20的ROM序列号电路和温度检测、报警及自动升降温调节控制电路。
借助仿真工具Proteus和单片机编程软件Keil实现了系统软硬件的交互仿真，并结合七段数码显示管、DS18B20和AT89C52单片机开发班进行了电路焊接和调试，实现了课程设计的目的。
科技服务于人类，希望更多的设计和奇思妙想能够被创造出来并服务于人类。
关键词：
数字温度传感器DS18B20；单片机；Proteus仿真；Keil
中文摘要
1序言........................................................1
6心得体会...................................................14
7谢辞.......................................................15
附录二........................................................18
1.序言
1.1设计目的与意义
在日常的工业生产中，常常需要对温度有一定的要求和把握，特殊行业更是对温度有着更加严格的要求。
在本次设计的场景生物培育室中，植物对于温度是比较敏感的，因此，意图利用智能温度传感器芯片和单片机系统设计一个温度调控报警器来达到自动化地进行温度检测，调控以及异常报警。
1.2研究的内容
本课题主要研究通过AT89C52单片机和DS18B20智能传感器芯片以及配备元器件来对温度进行检测调控报警的功能。
利用keil软件进行c语言编程编译转化，进而控制C52单片机对温度调控，因硬件缺乏，故而使用Proteus进行仿真设计。
。
2.设计任务及要求
在生物培育室、蔬菜大棚等场合，对温度有一定要求。
如果温度太高，则应及时采取降温措施；如果温度太低，则应及时采取升温措施。
为了便于及时了解温度是否正常，可使用温度报警器。
⑴0℃～30℃，5℃为一档显示；
⑵高于30℃，发出1kHz声响，同时打开电扇继电器；当低于28℃，停止；
⑶低于10℃，发出1kHz间歇声响，同时打开加热器；当高于12℃，停止。
3.系统硬件芯片介绍
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
AT89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
其图见图3-1：
图3-1
DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
DS18B20测温原理如图3所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
DS18B20引脚图见图3-2-1：
图3-2-1
DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。
轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。
汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。
供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。
DS18B20时序图见图3-2-2：
图3-2-2
DS18B20ROM指令表见表3-2-1
指令
约定代码
功能
读ROM
33H
读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）
符合ROM
55H
发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之作出响应，为下一步对该DS1820的读写作准备。
搜索ROM
0FOH
用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。
为操作各器件作好准备。
跳过ROM
0CCH
忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。
适用于单片工作。
告警搜索命令
0ECH
执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。
表3-2-1
DS18B20RAM指令表见表3-2-2：
指令
约定代码
功能
温度变换
44H
启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。
结果存入内部9字节RAM中。
读暂存器
0BEH
读内部RAM中9字节的内容
写暂存器
4EH
发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。
复制暂存器
48H
将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中。
重调EEPROM
0B8H
将EEPROM中内容恢复到RAM中的第2、3字节。
读供电方式
0B4H
读DS1820的供电模式。
寄生供电时DS1820发送“0”，外接电源供电DS1820发送“1”。
表3-2-2
特点：
1.独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。
2.每个器件有唯一的64位的序列号存储在内部存储器中。
3.简单的多点分布式测温应用。
4.无需外部器件5.可通过数据线供电。
供电范围为3.0V到5.5V。
5.测温范围为-55～＋125℃（－67～＋257℉）。
6.在－10～＋85℃范围内精确度为±5℃。
7.温度计分辨率可以被使用者选择为9～12位。
8.最多在750ms内将温度转换为12位数字。
9.用户可定义的非易失性温度报警设置。
10.报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。
11.应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。
DS18B20方框图见图3-2-3：
图3-2-3
DS18B20的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。
温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。
在上电状态下默认的精度为12位。
DS18B20启动后保持低功耗等待状态；当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出[44h]命令。
在那之后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。
当DS18B20由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时序”），DS18B20正在温度转换中返回0,转换结束返回1。
如果DS18B20由寄生电源供电，除非在进入温度转换时总线被一个强上拉拉高，否则将不会由返回值。
执行序列：
通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下：
步骤1.初始化
步骤2.ROM操作指令
步骤3.DS18B20功能指令
每一次DS18B20的操作都必须满足以上步骤，若是缺少步骤或是顺序混乱，器件将不会返回值。
例如这样的顺序：
发起ROM搜索指令[F0h]和报警搜索指令[ECh]之后，总线控制器必须返回步骤1。
初始化通过单总线的所有执行操作处理都从一个初始化序列开始。
初始化序列包括一个由总线控制器发出的复位脉冲和其后由从机发出的存在脉冲。
存在脉冲让总线控制器知道DS18B20在总线上且已准备好操作，
ROM指令
一旦总线控制器探测到一个存在脉冲，它就发出一条ROM指令。
如果总线上挂有多只DS18B20，这些指令将基于器件独有的64位ROM片序列码使得总线控制器选出特定要进行操作的器件。
这些指令同样也可以使总线控制器识别有多少只，什么型号的器件挂在总线上，同样，它们也可以识别哪些器件已经符合报警条件。
ROM指令有5条，都是8位长度。
总线控制器在发起一条DS18B20功能指令之前必须先发出一条ROM指令。
READROM[33h]（读取ROM指令）
只有在总线上存在单只DS18B20的时候才能使用这条命令。
该命令允许总线控制器在不使用搜索ROM指令的情况下读取从机的64位片序列码。
如果总线上有不止一只从机，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。
MATHROM[55h]（匹配ROM指令）
匹配ROM指令，后跟64位ROM编码序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的DS18B20。
只有和64位ROM片序列码完全匹配的DS18B20才能响应随后的存储器操作指令；所有和64位ROM片序列码不匹配的从机都将等待复位脉冲。
SKIPROM[CCh]（忽略ROM指令）
这条指令允许总线控制器不用提供64位ROM编码就使用功能指令。
例如，总线控制器可以先发出一条忽略ROM指令，然后发出温度转换指令[44h]，从而完成温度转换操作。
注意：
当只有一只从机在总线上时，无论如何，忽略ROM指令之后只能跟着发出一条读取暂存器指令[BEh]。
在单点总线情况下使用该命令，器件无需发回64位ROM编码，从而节省了时间。
如果总线上有不止一只从机，若发出忽略ROM指令，由于多只从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。
ALARMSEARCH[ECH]（报警搜索指令）
这条命令的流程和搜索ROM指令相同，然而，只有满足报警条件的从机才对该命令作出响应。
只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况，DS18B20才会响应这条命令。
在每次报警搜索指令周期之后，总线控制器必须返回步骤1。
关于报警操作流程见报警信号操作节。
DS18B20功能指令
在总线控制器发给欲连接的DS18B20一条ROM命令后，跟着可以发送一条DS18B20功能指令。
这些命令允许总线控制器读写DS18B20的暂存器，发起温度转换和识别电源模式。
DS18B20的功能指令详见下文，同时被概括于表4，并用流程图示于图12。
CONVERTT[44h]（温度转换指令）
这条命令用以启动一次温度转换。
温度转换指令被执行，产生的温度转换结果数据以2个字节的形式被存储在高速暂存器中，而后DS18B20保持等待状态。
如果寄生电源模式下发出该命令后，在温度转换期间（tconv），必须在10us（最多）,内给单总线一个强上拉，见DS18B20供电节。
如果DS18B20以外部电源供电，总线控制器在发出该命令后跟着发出读时序，DS18B20如处于转换中，将在总线上返回0，若温度转换完成，则返回1。
寄生电源模式下，总线被强上拉拉高前这样的通讯技术不会被使用。
WRITESCRATCHPAD[4Eh]（写暂存器指令）
这条命令向DS18B20的暂存器写入数据，开始位置在TH寄存器（暂存器的第2个字节），接下来写入TL寄存器（暂存器的第3个字节），最后写入配置寄存器（暂存器的第4个字节）。
数据以最低有效位开始传送。
上述三个字节的写入必须发生在总线控制器发出复位命令前，否则会中止写入。
READSCRATCHPAD[BEh]（读暂存器指令）
这条命令读取暂存器的内容。
读取将从字节0开始，一只进行下去，知道第9字节（字节8，CRC）读完，如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。
COPYSCRATCHPAD[48h]（拷贝暂存器指令）
这条命令把TH,TL和配置寄存器（第2、3、4字节）的内容拷贝到EEPROM中。
如果使用寄生电源总线控制器必须在发出这条命令的10us内启动强上拉并最少保持10ms，见DS18B20供电节所述。
RECALLE2[B8H]（召回EEPROM指令）
这条命令把报警触发器的值（TH和TL）以及配置数据从EEPROM拷回暂存器。
总线控制器在发出该命令后读时序，DS18B20会输出拷回标识：
0标识正在拷回，1标识拷回结束。
这种拷回操作在DS18B20上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了。
READPOWERSUPPLY[B4h]（读电源模式指令）
总线控制器在这条命令发给DS18B20后发出读时序，若是寄生电源模式，DS18B20将拉低总线，若是外部电源模式，DS18B20将会把总线拉高。
关于这条指令的用法信息详述于DS18B20供电节。
单总线信号DS18B20需要严格的单总线协议以确保数据的完整性。
协议包括集中单总线信号类型：
复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0和读1。
所有这些信号，除存在脉冲外，都是由总线控制器发出的。
复位序列：
复位和存在脉冲
和DS18B20间的任何通讯都需要以初始化序列开始。
一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明DS18B20已经准备好发送和接收数据。
在初始化序列期间，总线控制器拉低总线并保持480us以发出（TX）一个复位脉冲，然后释放总线，进入接收状态（RX）。
单总线由5K上拉电阻拉到高电平。
当DS18B20探测到I/O引脚上的上升沿后，等待15-60us,然后发出一个由60-240us低电平信号构成的存在脉冲。
读时序
总线控制器发起读时序时，DS18B20仅被用来传输数据给控制器。
因此，总线控制器在发出读暂存器指令[BEh]或读电源模式指令[B4H]后必须立刻开始读时，DS18B20可以提供请求信息。
除此之外，总线控制器在发出发送温度转换指令[44h]或召EEPROM指令[B8h]之后读时序。
所有读时序必须最少60us,包括两个读周期间至少1us的恢复时间。
当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1us,然后总线被释放。
在总线控制器发出读时序后，DS18B20通过拉高或拉低总线上来传输1或0。
当传输逻辑0结束后，总线将被释放，通过上拉电阻回到上升沿状态。
从DS18B20输出的数据在读时序的下降沿出现后15us内有效。
因此，总线控制器在读时序开始后必须停止把I/O脚驱动为低电平15us,以读取I/O脚状态。
其温度数据转换表见图3-2-4：
图3-2-4
4.设计方案
4.1设计框图
设计框图见图4-1：
图4-1
4.2AT89C52
设计系统主控制器系统，通过AT89C52单片机为控制中枢控制各个模块的运行。
其图见图4-2：
图4-2
4.3温度采集单元
将DS18B20智能温度传感器芯片DQ总线通过P1.7口与单片机进行连接，进行温度采集传送以及指令输入。
其图见4-3：
图4-3
4.4温度控制模块
温度控制模块分为升温模块和降温模块并通过Proteus模拟两个模块。
升温电路通过P1.5口接收升温信号并对室温进行调控，其图见4-4-1：
图4-4-1
降温电路通过P1.6口接收升温信号并对室温进行调控，其图见4-4-2：
图4-4-2
4.5报警模块
报警模块由喇叭等部件组成，通过P2.7口与单片机进行连接控制。
当温度高于设定的最高温度或低于设定的最低温度时，单片机内部程序控制驱动报警电路。
其图见4-5：
图4-5
4.6温度档位显示模块
温度档位显示模块由共阴极数码管和排阻组成，通过P0口与单片机进行连接，温度分为六档，5摄氏度为一档。
其图见4-6：
图4-6
5．结论
电子测量技术与仪器充斥在生活的方方面面，在工业生产和未知领域探索方面发挥着至关重要的作用，学好测控技术是十分重要的。
本设计课题中，单片机和传感器发挥了重要的作用，对于生物培育室温度的控制，就体现了测控技术与仪器在工业生产的许多细节和生活的方方面面的重要性，因此，要稳扎稳打专业知识，努力成为应用型人才。
6.心得体会
在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。
整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。
通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其它方面的能力。
在设计中，我充分应用我们所学的知识，如智能传感器应用，电子测量原理的运用。
这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。
在让我体会到编写程序的混沌枯草设计电路的艰辛疑惑的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
这次设计所用的工具是效率
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