智能溫度報警器的設計說明書

1、吉林建筑大學電氣與電子信息工程學院傳感器與檢測技術課程設計報告設計題目： 智能溫度報警器的設計 專業(yè)班級： 信科121 學生姓名： 學 號 指導教師： 王超、高曉紅 設計時間： 2015.6.152015.6.26 教師評語：成績 評閱教師 日期 成績 評閱教師 日期 目錄第1章 緒論.11.1智能溫度報警器研究的背景和意義.11.2 智能溫度報警器的設計主要內容和要求.1第2章 系統總體設計方案.32.1總體方案設計圖 .32.2系統工作模塊及過程.3第3章硬件電路設計.53.1溫度采集模塊.53.2液晶顯示模塊.73.3電源模塊.83.4溫度報警器模塊.93.5按鍵模塊.103.6復位模塊

2、.103.7控制模塊.11第4章系統軟件設計.144.1主程序流程圖.144.2溫度讀取轉換流程圖.154.3溫度計算流程圖.16總結.17參考文獻.17附錄1總電路圖 .18附錄2程序.19 第1章 緒論1.1智能溫度報警器研究的背景和意義 溫度是一個十分重要的物理量，對他的測量與控制有十分重要的意義，隨著現代工農業(yè)技術的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。本文通過采用壓電陶瓷蜂鳴片作為電聲元件的溫度報警器的設計與制作，闡明了該裝置進行設計與制作的具體過程及方法。這種溫度報警器結構簡單，可操作性強，應用廣泛。工作時，溫度測量范圍為1030。當前環(huán)境溫度若超過設定的高

3、溫臨界溫度，由單片機發(fā)出報警信號并驅動繼電器使風扇電機轉動，從而防止因溫度升高而帶來的不必要的損失。 現代社會是信息社會，隨著安全化程度的日益提高，機房作為現代化的樞紐，其安全工作已成為重中之重，機房內一旦發(fā)生故障，將導致整個系統癱瘓，造成巨大的損失很社會影響。 造成高溫火災有：電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發(fā)高溫或火災；靜電產生高溫或或火災；雷電等強電侵入導致高溫或火災；最主要是機房內電腦、空調等用電設備長時間工作，導致設備老化，空調發(fā)生故障，而不能降溫；因此機房內所屬的電子產品發(fā)熱快，在短時間內機房溫度升高超出設備正常溫度，導致系統癱瘓或產生火災，這時溫度報警系統就會發(fā)揮應有的功能。

4、 由于現實生活中天然氣泄漏、溫度超限和失竊、加上以前通信網絡的不完善，對于人們的生命財產有著很大的危害?，F在隨著通信技術和電子技術的飛速發(fā)展，電子信息技術與社會經濟生活，生產的關系越來越密切，對社會經濟的發(fā)展起著越來越大的作用。如果主任離開家去上班，家里失竊也不會知道。如果能實現遠程報警，使報警器智能化，這將會給人們的生活帶來極大的方便。 溫度控制系統在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛，但從國內生產的溫度控制器來說，總體發(fā)展水平還不夠高。存在以下幾點問題。(1)行業(yè)內企業(yè)規(guī)模小，較為分散，造成技術力量不夠集中.(2)商品化產品以PID控制器為主，智能化儀表少，這方面同國外差距較大。目前，國內

5、復雜的及精確度高的溫控系統大多采用進口溫度控制儀表。(3)儀表控制用關鍵技術。相關算法及控制軟件方面的研發(fā)較國外落后。制參數多靠人工經驗及現場調試來確定。隨著我國經濟不斷進步，政府對此也非常重視。溫度儀表工業(yè)得到迅速發(fā)展。1.2 智能溫度報警器的設計主要內容和要求(1)課程設計目的 通過傳感器與檢測技術課程設計，使學生掌握傳感器及檢測系統設計的方法和設計原則及相應的硬件調試的方法。進一步理解傳感器及檢測系統的設計和應用。(2)智能溫度報警器的設計內容 設計一個基于單片機的溫度檢測、報警的系統，該系統能實時采集周圍的溫度信息進行顯示，當溫度超限時，可以報警。實現以下功能：實時溫度檢測并顯示其對應

6、的值。當溫度超過預設范圍時，可報警。其他功能：可以設報警置溫度上下限，根據應用環(huán)境不同可設定不同的報警上下限。(3)本次課程設計要求掌握傳感器的工作原理及相應的輔助電路設計方法。獨立設計原理圖及相應的硬件電路。設計說明書格式規(guī)范，層次合理，重點突出。并附上詳細的原理圖。第2章 系統總體設計方案2.1總體方案設計圖 在很多單片機測溫電路中，大都是使用溫度傳感器。測溫范圍廣，精度高，且電路設計簡單。其中溫度傳感器DS18B20體積小，精度高，經濟實用，且容易直接讀取被測溫度，滿足設計要求。本次設計采用控制器采用單片機AT89C51,可任意設定上下限溫度報警功能；采用DS18B20作為溫度傳感器,測

7、溫范圍為-50-110，誤差小于0.5；用LCD液晶屏實現溫度及時間日期顯示。本設計的系統框圖如圖2.1所示。單片機 AT89C51按鍵電路單片機復位電路液晶顯示 上下限報警 電源輔助電路溫度傳感器 圖2.1總體方案設計圖2.2系統工作模塊及過程（1）系統包含溫度采集模塊、顯示模塊、電源模塊、報警模塊、按鍵模塊等幾個部分組成。溫度采集模塊用來采集實時溫度。顯示模塊用來顯示溫度，日期和時間。按鍵用于設置溫度的上下限報警。電源模塊對整個系統進行供電。報警模塊即當溫度超過上下限時進行報警提醒。復位電路進行單片機復位。（2）工作過程 電源轉換模塊將電壓轉換供電，單片機控制中心進行命令。利用溫度傳感器D

8、S18B20檢測環(huán)境溫度，通過按鍵在不同的應用環(huán)境設置不同的上下限溫度，載由液晶顯示器LCD1602顯示實時溫度和時間，當環(huán)境溫度值不在所設的范圍時，報警器發(fā)出報警提醒。同時設置復位電路，令單片機復位。第3章 硬件電路設計3.1溫度采集模塊圖3.1溫度采集電路 DS18B20主要特點溫度采集模塊采用溫度傳感器DS18B20測取溫度信息，然后使用單片機與溫度傳感器進行通訊，讀取溫度信息。（1）DS18B20的主要特點如下： 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。 測溫范圍 -55+125，固有測溫誤差(注意，不是分辨率，這里

9、之前是錯誤的)1。支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，實現多點測溫，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩(wěn)定。工作電源: 3.05.5V/DC (可以數據線寄生電源)。 在使用中不需要任何外圍元件。 測量結果以912位數字量方式串行傳送。 不銹鋼保護管直徑 6。 適用于DN1525, DN40DN250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫。 標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2任選。 PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。（2）DS18B20引腳功能DQ為數字信號輸入/輸出端;GND為電源地

10、;VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。（3）工作原理 DS18B20的測溫原理如圖3.2所示，圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置-55所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振

11、產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即所測溫度。圖3.2DS18B20的測溫原理3.2液晶顯示模塊圖3.3液晶顯示電路 在溫度報警器的工作過程中,系統需要對實時的溫度和時間進行顯示。使用液晶LCD1602顯示器顯示。（1）LCD1602液晶顯示器主要特點 分表率高，顯示質量好 數字式接口，設計簡單，操作方便。 體積小，重量輕。 壽命長，功耗低。（2）引腳功能引腳分布圖如圖3.4所

12、示VSSVCCV0RSRWEDB0-DB7BLABLK 1 2 3 4 5 6 7-14 15 圖3.4LCD1602引腳圖 LCD1602采用標準的16腳接口各個接口引腳為：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。第714腳：

13、D0D7為8位雙向數據端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。3.3電源模塊圖3.5電源電路（1）模塊組成電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網220V交流電壓變換成12V的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副變電壓確定。整流電路：利用單向掉電元件，把59HZ的正弦交流電變換成脈動的直流電。濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路：芯片7805穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網和負載的變化而變化。（2）工作原理 系統僅需要單個5V穩(wěn)壓電源，所以需要將電壓轉化。采用三端穩(wěn)壓集成7805得到

14、+5V的穩(wěn)定電壓。整流電路采用二極管橋式整流電路，在U正半周，二極管D8、D9導電，D6、D7截止；U的負半周時，D6、D7導電，D8、D9截止。正負半周均有電流流過負載，而且無論在正半周還是負半周，流過負載的電流方向是一致的，因而使輸出電壓的直流成分得到提高，脈沖成分被降低。橋式整流電路無需采用具有中心抽頭的變壓器，仍能達到全波整流的目的。3.4溫度報警器模塊圖3.6溫度報警器電路 報警電路采用的是LED燈和喇叭進行報警，其作用是當溫度不在設定的范圍內，LED燈亮，同時喇叭報警（當溫度超過上下限時進行報警提醒）。以此來提醒用戶該注意實時的溫度，避免因為溫度的原因而帶來的損害。3.5按鍵模塊圖

15、3.7按鍵電路按鍵用于設置溫度的上下限報警。通過按鍵調整液晶屏顯示出的溫度上限和下限，為接下來的報警工作做準備。本次設計按鍵數較少，采用獨立式鍵盤。3個按鍵功能為S1為溫度上限溫度加1，S2為溫度減1，S3為溫度下限溫度加1。3.6復位模塊圖3.8復位電路要使主控芯片在上電時能正常復位，按照要求執(zhí)行程序，必須在上電位時給主控單片機提供至少兩個機器周期以上的高電位復位脈沖。采用的上電復位電路，該電路在上電瞬間電源通過拉地的10K電阻充電，開始時的電流最大，電阻兩端的電壓最高，而后慢慢減小，直到電容充電完畢，電阻兩端便保持低電平。此變化經單片機內部施密特觸發(fā)器整形后便成了上電瞬間的一個高電平脈沖，

16、只要這個脈沖保持兩個機器周期以上便可以正常復位。3.7控制模塊圖3.9AT89C51連接圖控制器主要用于對各模塊控制顯示、報警、計時等。采用AT89C51作為系統控制器的CPU。該單片機算術運算功能強，軟件編程較靈活、自由度大，可以用軟件編程實現各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領域應廣泛。（1）AT89C51功能4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工

17、作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。（2）引腳功能VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4T

18、TL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器

19、的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些

20、控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。OG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的

21、選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。第4章 系統軟件設計 系統程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數據

22、子程序等。4.1主程序流程圖初始化讀取溫度讀出溫度值溫度計算處理顯示數據刷新發(fā)溫度轉換開始命令調用顯示子程序序調用顯示子程序調用顯示子程序 N Y圖4.1主程序流程 主程序的主要功能是負責實時顯示溫度，設置報警溫度線，每一秒進行讀出處理DS18B20測量的溫度值。4.2溫度讀取轉換流程圖溫度讀取流程圖如圖4.2所示，溫度轉換流程圖如圖4.3所示。 發(fā)DS18B20復位命令發(fā)DS18B20復位命令跳過ROM命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令發(fā)溫度轉換開始命令讀取操作9字節(jié)完？ Y 結 束 N 圖4.3溫度轉換流程CRC校驗正 Y N移入溫度暫存器 結 束 圖4.2溫度讀取流程 溫度讀取程序主要是

23、讀出RAM中的9字節(jié)，再進行CRC校驗，校驗有錯時直接結束程序，不進行溫度數據的改寫。溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令。4.3溫度計算流程圖開 始溫度零下置“0”標志溫度值取補碼置“1”標志 計算小數位溫度 計算整數位溫度 結 束 圖4.4溫度計算流程總結 智能溫度控制報警器是傳感器的第一次設計。在本次設計中，作為一個初學者，由于自身的知識水平有限，在設計過程中碰到了許多問題。 通過查閱資料和同學和老師的幫助，解決了很多問題。一開始并沒有想到電源要轉化的問題，后來通過老師的知道，說明電源轉換是有必要的。設計報警電路的時候，二極管等原件的確定總是有些疑問，通過參考前輩的資料來確定了自己

24、要使用的元器件。 經過兩周的學習查閱資料，我終于順利完成了初步的設計，后期有修改了一下，但是中間得到的知識是非常讓人欣慰又激動的。這種課程設計是非常和有趣生動的活動，在理論學習的同時又有實踐結合，軟件的操作。之前我并不擅長使用軟件進行畫圖設計，但是本次設計中，甚至在網上看視頻教程來學習了軟件制作電路圖仿真。當做完以后心里是無法言以表達的激動。對我以后的設計思想、設計方法、設計過程都將會產生深遠的影響。學會查閱資料是我在這次設計中的最大收獲，畢竟一個人的知識水平有限，資料在設計中的作用可以說是舉足輕重。不斷地收集和查閱資料使我知識面不斷拓寬，為以后也打下了良好的基礎。通過設計，使我對一個傳感器的

25、設計過程有了全面的了解，設計過程中出現的許多困難也使我自己不斷完善。不斷的堅持使我信心百倍，我會以后繼續(xù)努力。在設計過程中感謝老師的悉心指導以及同學們的幫助。參考文獻1李光飛，樓然苗，胡佳文等.單片機課程設計實例指導M.北京：北京航空航天大學出版社，20042劉文濤.單片機語言C51典型應用設計M.北京：人民郵電出版社，20013魏立峰，王寶興單片機原理與應用技術M.北京：北京大學出版社，20074楊素行模擬電子技術基礎簡明教程M.高等教育出版社，20045張克農.數字電子技術基礎M.高等教育出版社，2008.6王俊峰.電子產品開發(fā)設計與制作M.北京：北京人民郵電出版社附錄1總電路圖附錄2 程

26、序#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ = P36 /定義DS18B20端口DQsbit BEEP=P32; sbit UP=P33;sbit DOWN=P34;sbit BJ=P31;sbit JR=P30;sbit MUSIC=P35;bit presence ;sbit LCD_RS = P24sbit LCD_RW = P25sbit LCD_EN = P26uchar code cdis1 = DS18B20 OK uchar code cdis2

27、= TEMP: C uchar code cdis3 = DS18B20 ERR0R uchar code cdis4 = PLEASE CHECK unsigned char code dis1 = play the song;unsigned char code dis2 = Hope you healthy-Sun Yue;unsigned char data temp_data2 = 0x00,0x00unsigned char data display5 =0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 unsigned char code ditab16=0x00,0x01,0x

28、01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09unsigned char codemytab8=0x0C,0x12,0x12,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00uchar LIM,tt,LIM2,XX;#define delayNOP() _nop_() _nop_() _nop_() _nop_() /*/ void delay1(int ms) unsigned char y while(ms-) for(y = 0 y250 y+) _nop_() _nop_() _nop_() _n

29、op_() /*/ /*檢查LCD忙狀態(tài) */ /*lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數據。 */ /*/ bit lcd_busy() bit resultLCD_RS = 0LCD_RW = 1LCD_EN = 1delayNOP()result = (bit)(P0&0x80)LCD_EN = 0return(result) /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 */ /*/ void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy()LCD_RS = 0LCD_RW = 0LCD_EN = 0_nop_()

30、_nop_()P0 = cmddelayNOP() LCD_EN = 1 delayNOP() LCD_EN = 0 /*/ /*寫顯示數據到LCD */ /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數據 */ /*/ void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy()LCD_RS = 1LCD_RW = 0LCD_EN = 0P0 = datdelayNOP()LCD_EN = 1delayNOP()LCD_EN = 0 /* LCD初始化設定 */ /*/ void lcd_init() delay1(15)lcd_wcmd(0x01) /清除LCD的顯示內容 lcd_wcmd(0x38) /16*2顯示，5*7點陣，8位數據delay1(5)lcd_wcmd(0x38)delay1(5)lcd_wcmd(0x38)delay1(5)lcd_wcmd(0x0c) /顯示開，關光標delay1(5)lcd_wcmd(0x06) /移動光標delay1(5)lcd_wcmd(0x