温度报警器课程设计报告.docx

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温度报警器课程设计报告

基于DS18B20的单片机温度收集系统

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摘要：

随着现代信息技术的飞速进展和传统工业改造的慢慢实现，能够独立工作的温度检测与显示系统应用于诸多领域。

传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。

热敏电阻的本钱低，需要外加信号处置电路，而且靠得住性相对较差，测温准确度低，检测系统也有必然的误差。

与传统的温度计相较，这次设计的是基于DS18B20的数字温度计，它具有读数方便，测温范围广，测温精准，数字显示，适用范围宽等特点。

在本设计当选用AT89S52型单片机作为主控制器件，采用DS18B20数字温度传感器作为测温元件，通过4位共阳极LED数码显示管并行传送数据，实现温度显示。

本设计的内容主要分为两部份，一是对系统硬件部份的设计，包括温度收集电路和显示电路；二是对系统软件部份的设计，应用C语言实现温度的收集与显示。

通过DS18B20直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处置，以后进行输出显示，最终完成了数字温度计的整体设计。

其系统组成简单，信号收集效果好，数据处置速度快，便于实际检测利用。

关键词：

单片机AT89S52，温度传感器DS18B20，LED数码管，数字温度计

Abstract:

Withtherapiddevelopmentofmoderninformationtechnologyandtraditionalindustrialtransformationgraduallyrealize,abletoworkindependentlytemperaturedetectionanddisplaysystemappliedtomanyfields.Thetraditionaltemperaturedetectiontothermistorsfortemperaturesensitivecomponents.Thermistorsoflowcost,needandsignalprocessingcircuit,andrelativelypoorreliability,lowtemperaturemeasurementaccuracy,detectionsystemalsohasthecertainerror.Comparedwiththetraditionalthermometer,thisdesignisbasedondigitalthermometerchipDS18B20,ithasconvenientreadings,temperaturemeasuringrange,temperaturemeasurementprecision,thedigitaldisplay,wideapplicationscopeetc.Characteristics.

InthedesignofAT89S52singlechipmicrocomputerasthemainselectionofcontroldevice,thedigitaltemperaturesensorDS18B20astemperaturesensor,throughatotalof4anodeLEDdigitaldisplaytubeparalleldatatransmission,realizetemperaturedisplay.Thisdesignisthemaincontentofthedividedintotwoparts,oneisthehardwarepartofthedesign,includingthetemperatureacquisitioncircuitanddisplaycircuit;theotherispartofthedesignofthesystemsoftware,applicationClanguagerealizethecollectionoftemperatureanddisplay.ThroughtheDS18B20directlyreadtemperaturebeingmeasured,intothesinglechipmicrocomputerdataprocessing,aftertheoutputshown,eventuallycompletedtheoveralldesignofdigitalthermometer.Thesystemstructureissimple,signalacquisitioneffectisgood,dataprocessingspeed,easytousetheactualdetection.

Keywords:

monolithicintegratedcircuitAT89S52,temperaturesensorDS18B20,LEDdigitaltube,digitalthermometer

1引言

随着电子工业的飞速进展单片机技术日趋渗透到各个领域，其进展趋势是集成度和智能化愈来愈高，外围接口愈来愈简单，利用极为方便。

温度是工业生产中常见的和最大体的参数之一，在生产进程中常需对温度进行检测和监控。

采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。

考虑到许多工业环境中对多点温度进行监控，一般需要测量几十个点以上，为此，咱们研制了一种采用AT89S52单片机进行控制的温度收集系统。

这种基于AT89S52的温度的收集与显示有检测精度高、利用简单、本钱较低和工作稳固靠得住等特点，所以有必然的应用前景。

2正文

第1章绪论

设计背景

单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有三十连年了。

由于单片机集成度高、功能强、靠得住性高、体积小、功耗低、利用方便、价钱低廉等一系列长处，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。

单片机的应用领域已从面向工业控制、通信、交通、智能仪表等迅速进展抵家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围和网络通信等广大领域，对各个行业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。

单片机有两种大体结构形式：

一种是在通用微型运算机中普遍采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。

另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，别离寻址的结构，一般需要较大的程序存储器。

目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。

本设计讨论的单片机多功能按时器的核心是目前应用极为普遍的51系列单片机，配置了外围设备，组成了一个可编程的温度收集系统，具有体积小，靠得住性高，功能强等特点。

不仅能知足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着普遍的应用领域。

设计来源

众所周知，环境温度一直是生物可否较适宜生存的一个重要因素，而人们对环境温度的感知也从单纯的身体感官的感受进展到用各类温度计来对环境温度进行准确的测量。

可是受限于技术等原因，温度计通常都有体积较大，精度不高等各类缺点。

而数字温度测量芯片的出现则解决了这些问题，其中的一款芯片DS18B20是DALLAS公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。

因此，用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线上能够挂载很多如此的数字温度芯片，十分方便。

美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部利用了在板（ON-B0ARD）专利技术。

全数传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

“一线总线”独特而且经济的特点，利用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

此刻，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。

使你能够充分发挥“一线总线”的长处。

同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±°C。

现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

适合于恶劣环境的现场温度测量，如：

环境控制、设备或进程控制、测温类消费电子产品等。

与前一代产品不同，新的产品支持3V～的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

而且新一代产品更廉价，体积更小，这就为用最低的本钱制作出用途更广，精度更高的便携带的数字温度计提供了可能。

目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速进展。

设计内容与要求

本设计主要介绍了用单片机和数字温度传感器DS18B20相结合的方式来实现温度的收集，以单片机AT89S52芯片为核心，辅以温度传感器DS18B20和LED数码管及必要的外围电路，组成了一个多功能单片机数字温度计。

该装置适用于人民的日常生活和工、农业生产的温度测量与报警，实现对温度的监测。

其主要研究内容包括两方面，一是对系统硬件部份的设计，包括温度收集电路和显示电路；二是对系统软件部份的设计，应用C语言实现温度的收集与显示。

通过利用数字温度传感器DS18B20进行设计，能够知足实时检测温度的要求，同时通过LED数码管的显示功能，能够实现不中断的温度显示，并带有复位功能。

本次设计的主要思路是利用51系列单片机，数字温度传感器DS18B20和LED数码显示器，组成实现温度检测与显示的单片机控制系统，即数字温度计。

通过对单片机编写相应的程序，达到能够实时检测周围温度的目的。

通过对本课题的设计能够熟悉数字温度计的工作原理及进程，了解各功能器件（单片机、DS18B20、LED）的大体原理与应用，掌握各部份电路的硬件连线与程序编写，最终完成对数字温度计的整体设计。

其具体的要求如下：

一、按照设计要求，选用AT89S52单片机为核心器件；

二、温度检测器件采用DS18B20数字式温度传感器，利用单总线式连接方式与单片机的串行接口引脚相连；

3、显示电路采用4个LED数码管显示器接P0口并行显示温度值，数码管由P1口～选通，动态显示。

第2章硬件电路设计

AT89S52单片机

AT89S52单片机系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部份。

图为AT89S52单片机的最小系统。

图AT89S52最小系统电路图

温度测量模块

温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到℃，采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路，接口电路如图所示。

图DS18B20测量电路图

蜂鸣器报警模块

蜂鸣器需要三极管放大电流来驱动，一开始由于使用的电阻太大，致使电流较小，蜂鸣器不响，后来并了一个电阻就好了，电路如图所示。

图蜂鸣器电路图

LED显示模块

显示部份选用4位共阴数码管。

由于数码管的驱动电流较大，所以在设计时加上了三极管3904作为驱动电路，数码管和单片机的接口如图所示。

图LED显示电路图

系统电路

温度收集系统电路图如图所示

图系统电路图

第3章软件设计

一个应用系统要完成各项功能，第一必需有较完善的硬件作保证。

同时还必需取得相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速进展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。

乃至有些必需采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编和有时会变得很简单。

因此充分利用其内部丰硕的硬件资源和软件资源。

程序设计语言有三种：

机械语言、汇编语言、高级语言。

本系统运用的是高级语言所编写，也就是C语言。

AT89S52

AT89S52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。

利用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。

AT89S52具有以下标准功能:

8k字节Flash，256字节RAM,32位I/O口线，看门狗按时器，2个数据指针，三个16位按时器/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，AT89S52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、按时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保留，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。

图AT89S52引脚图

DS18B20

DSl8B20必需严格依照单总线通信协议，以保证数据的完整性。

该协议概念了几种时隙类型：

初始化、应答、写1、写0、读1、读0。

除应答时隙所有这些时隙都是有主机发出。

总线上所传输的所有命令和数据都是字节的低位在前。

（1）初始化时隙

复位时隙和应答时隙。

在初始化进程中，主机发送复位脉冲（最短为480μs的低电平信号）接着，释放总线并进入接收状态。

当总线被释放后上拉电阻将总线拉高。

DSl8B20在检测到总线的上升沿以后等待15-60us接着发出应答脉冲（低电平持续60-240μs）。

（2）读和写时隙

在写时隙期间，主机向DS18B20写入数据；而在读时隙期间，主机读入来自DS18B20的数据。

在每一个时隙，总线只能传输一名数据。

存在两种写时隙，即写1和写0。

主机在写1时隙向DS18B20写入逻辑1。

而在写0时隙向DS18B20写入逻辑0。

所有写时隙至少需要60μS，而且两次写l时隙之间至少需要lμS的恢复时刻。

两种写时隙均以主机拉低总线开始。

产生写1时隙：

主机拉低总线后，必需在15uS内释放总线。

然后由上拉电阻将总线拉至高电平。

产生写0时隙：

主机拉低总线后，必需在整个时隙期间维持低电平（至少60μS）。

在写时隙开始后的15～60μS期间，DSl8B20采样总线的状态。

若是总线为高电，则逻辑1被写入DSl8B20；若是总线为低电平，则0逻辑被写入DSl8B20。

读时隙：

DSl8B20只能在主机发出读时隙时才能向主机传送数据。

所以主机在发出读数据命令后，必需马上产生读时隙，以便DSl8B20能够传送数据。

所有读时隙至少60μs，且在两次独立的读时隙之间至少需要1μS的恢复时刻。

每次读时隙由主机发起，拉低总线至少1μS。

在主机发起读时隙以后，DSl8B20开始在总线上传送1或0。

若DS18B20发送1，则维持总线为高电平；若发送O，则拉低总线。

当传送0时，DSl8B20在该时隙结束时释放总线，再由上拉电阻将总线拉回空闲高电平状态。

DS18B20发出的数据在读时隙下降沿起始后的15μS内有效，因此主机必需在读时隙开始后的15μS内释放总线，而且采样总线状态。

图DS18B20温度收集系统流程图

第4章焊接调试进程与问题分析

焊接调试进程

装配工作中，焊接技术很重要。

万用表元件的安装，主要利用锡焊，它不但能固定零件，而且能保证靠得住的电流通路，焊接质量的好坏，将直接影响调试结果。

1、烙铁是焊接的主要工具之一，焊接收音机应选用30W-35W电烙铁。

新烙铁利用前应用锉刀把烙铁头两边修改。

并将烙铁头部倒角磨光，以防焊接时毛刺将印刷电路板焊盘损坏。

如采用长寿烙铁头则不必加工。

烙铁头上沾附一层光亮的锡，烙铁就可以够利用了

二、烙铁温度和焊接时刻要适当。

焊接时应让烙铁头加热到温度高于焊锡溶点，并掌握正确的焊接时刻。

一般不超过3秒钟。

时刻太长会使印刷电路板铜铂跷起，损坏电路板及电子元器件。

3、焊接方式：

一般采用直径的焊锡丝。

焊接时左手拿锡丝，右后拿烙铁。

在烙铁接触焊点的同时送上焊锡丝，焊锡的量要适量。

太多易引发搭焊短路，太少元件又不牢固。

焊接时不可将烙铁头在焊点上来回移动或使劲下压，要想焊得快，应加大烙铁和焊点的接触面。

增大传热面积焊接也快。

特别注意的是温度太低烙铁与焊接点接触时刻太短，热量供给不足，焊点锡面不滑腻，结晶粗脆，象豆腐渣一样，那就不牢固，形成虚焊和假焊。

反之焊锡易流散，使焊点锡量不足，也容易不牢，还可能出现烫坏电子元件及印刷电路板。

总之焊锡量要适中，即将焊点零件脚全数浸没，其轮廓又隐约可见。

焊点焊好后，拿开烙铁，焊锡还不会当即凝固，应稍停片刻等焊锡凝固，如未凝固前移动焊接件，焊锡会凝成砂状，造成附着不牢固而引发假焊。

焊接结束后，第一检查一下有无漏焊，搭焊及虚焊等现象。

虚焊是比较难以发觉的毛病。

造成虚焊的因素很多，检查时可用尖头钳或镊子将每一个元件轻轻的拉一下，看看是不是摇动，发觉摇动应从头焊接。

每次焊接完一部份元件，均应检查一遍焊接质量及是不是有错焊、漏焊，发觉问题及时纠正。

如此可保证焊接一次成功而进入下道工序。

注意事项：

（1）外壳整合要到位，不然会因接触不良而无法显示数字。

（2）一些小的零件也要小心安装，如图中没有通过焊接安装上的，如不小心很容易掉。

（3）注意电解电容、发光二极管、蜂鸣器的正负极性不能接反、三者均是长的管脚接正极、短的管脚接负极。

焊接实物图

图焊接实物图

第5章总结

在这次的课程设计中，咱们以5人为一组来进行了关于温度收集的设计。

硬件的设计跟焊接都要咱们自己动手去焊，软件的编程也要咱们不断的调试，最终一个能完成课程设计的劳动功效出来了，很高兴它能按着设计的思想与要求运动起来。

固然，这其中也有很多问题，第一、不够细心比如由于粗心大意焊错了线，由于对讲义理论的不熟悉致使编程出现错误。

第二，是在学习态度上，这次课程设计是对我的学习态度的一次查验。

对于这次单片机课程设计，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具有的首要素质绝对应该是严谨。

咱们这次课程设计所碰到的多半问题多数都是由于咱们不够严谨。

第三，在做人上，我熟悉到，无论做什么情形，只要你足够顽强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。

通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论专门好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培育咱们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

创新能够是在原有的基础上进行改良，使之功能不断完善，成为真己的东西。

那个设计实践进程中，咱们花费了大量的时刻和精力，更重要的是，咱们在学会创新的基础上，同时还知道合作精神的重要性，学会了与他人合作。

作为一名大三学生，我感觉做单片机课程设计是十分必要的，在已度过的大学时刻里，咱们大多数接触的是专业课，咱们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼咱们的实践能力？

如何把咱们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？

我想做类似这次的课程设计就为咱们提供了良好的实践平台。

在做本次课程设计的进程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了，为了让自己的设计加倍完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。

咱们是在做单片机课程设计，咱们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构思永久只能是构思，永久无法升级为设计。

最后，在设计之前，咱们要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，明白该单片机内有哪些资源；要有一个清楚的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改良是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好适应，一个程序的完美与否不单单是实现功能，而应该让人一看就可以明白你的思路，如此也为资料的保留和交流提供了方便；在实习进程中碰到问题是很正常的，但咱们应该将每次碰到的问题记录下来，并分析清楚，以避免下次再碰着一样的问题。

可是从中学到的知识会让我受益终身，发觉、提出、分析、解决问题和实践能力提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。

参考文献

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