溫度報警器畢業(yè)論文Word版

1、西 北 民 族 大 學專業(yè)課程設(shè)計方案書題 目： 基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計 學 院： 電氣工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 小組成員： 葛利躍 P121813625 迪麗米娜 P121813505 祖麗凱麥爾 P121813507 阿拉帕提 P121813596 指導教師： 趙錦萍 日 期： 2015年6月15日 目 錄前言11 設(shè)計要求與方案論證21.1 設(shè)計要求21.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證21.2.1 單片機芯片的選擇方案和論證21.2.2 溫度傳感器設(shè)計方案論證31.3 電路設(shè)計最終方案決定42 主要元件介紹42.1 AT89C51介紹42.1.1 AT89C51主要功能及P

2、DIP封裝42.1.2 AT89C51引腳介紹42.1.3 單片機最小系統(tǒng)：62.2 DS18B20傳感器介紹62.2.1 DS18B20概述62.2.2 DS18B20引腳介紹72.2.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)82.2.4 DS18B20的程序流程圖82.3 數(shù)碼管介紹92.3.1 數(shù)碼管概述10結(jié)論11參考文獻12致 謝13附錄1 系統(tǒng)原理圖14附錄2 元件清單.14附錄3 C語言程序15摘 要 在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要檢測溫度，傳統(tǒng)的方式是采用熱電偶或熱電阻。其硬件電路和軟件調(diào)試比較復雜，制作成本較高。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正不斷走向深入。所以我們選用單片機作為

3、核心部件進行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用單片機本生的優(yōu)勢節(jié)約成本，使電路更簡單。溫度的檢測與控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中比較典型的應用之一，隨著傳感器在生產(chǎn)和生活中的更加廣泛的應用，利用新型單總線式數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)對溫度的測試與控制得到更快的開發(fā)。在這里介紹了一種基于AT89C51單片機的溫度測量及控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以及C語言程序設(shè)計，該系統(tǒng)設(shè)計和布線簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，抗干擾能力強，性價比高，擴展方便，在大型倉庫，工廠，智能化建筑等領(lǐng)域的多點溫度檢測中有廣闊的應用前景。 關(guān)鍵詞 DS18B20 AT89C51 溫度測量 前言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它

4、所給人帶來的方便也 是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用 單片機 STC89C51，測溫傳感器使用 DS18B20，用四位一體共陽極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度 顯示,能準確達到要求。選題、設(shè)計的功能、總體設(shè)計思路、仿真圖：葛利躍，阿拉帕提，迪麗米娜，祖麗凱麥爾查

5、找資料、購買原件： 迪麗米娜，祖麗凱麥爾編寫源程序： 葛利躍焊接電路：葛利躍，阿拉帕提程序燒錄及調(diào)試：葛利躍，阿拉帕提，迪麗米娜，祖麗凱麥爾1 設(shè)計要求與方案論證首先明確設(shè)計要求，再討論方案，一一攻破設(shè)計的難點。1.1 設(shè)計要求基本范圍0-99 ；精度誤差小于 0.1 ；數(shù)碼管直讀顯示；1.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 1.2.1 單片機芯片的選擇方案和論證由于單片機具有以下的很多優(yōu)點，被我們選定為制作該作品的首選芯片單片機特點：（1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音

6、性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 （2）控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 （3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 （4）易擴展 片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。 （5）優(yōu)異的性能價格比 單片機的性能極高

7、。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。 方案一:采用AT89C51芯片作為硬件核心。AT89C51內(nèi)部具有8KB ROM 存儲空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲空間，與MCS-51系列單片機完全兼容,AT89C51可以通過串口下載。方案二:采用AT89S51。AT89S51片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲

8、空間沒有EEPROM存儲空間，也與MCS-51系列單片機完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機都完全能夠滿足設(shè)計需要，AT89C51相對ATS89C52價格便宜，且抗干擾能力強?？紤]到成本因素，因此選用AT89C51。1.2.2 溫度傳感器設(shè)計方案論證利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類?，F(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技術(shù))。溫度傳感

9、器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器/控制器；(3)智能溫度傳感器。國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。在20世紀90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到1°C。國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達0.50.0625°C。由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數(shù)據(jù)，其分辨力高達0.03125°C，

10、測溫精度為±0.2°C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。方案一: 由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化 的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二:進而考慮到用溫

11、度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。從以上兩種方案，兩種都完全能夠滿足設(shè)計需要，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 1.3 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C51單片機作為主控制系統(tǒng);采用DS18B20為傳感器;采用數(shù)碼管作為顯示器件。2 主要元件介紹2.1 AT89C51介紹AT89C51是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標準MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單

12、片機。2.1.1 AT89C51主要功能及PDIP封裝AT89C51主要功能如表1所示，其PDIP封裝如圖1所示主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能表1：STC89C51主要功能2.1.2 AT89C51引腳介紹 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19

13、)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。可編程輸入/輸出引腳（32根）AT89C51單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0

14、.7P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7圖1：STC89C51封裝圖2.1.3 單片機最小系統(tǒng)：當在AT89C51單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作，按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端經(jīng)過電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖2所示。圖2 單片機最小系統(tǒng)電路電路以STC89C51單片機最小系統(tǒng)為控制核心，測溫電路由DS18B20提供

15、，輸入部分采用三個獨立式按鍵S1、S2、S3。數(shù)碼管顯示部分。具體電路連接，詳見附錄1。2.2 DS18B20傳感器介紹2.2.1 DS18B20概述在現(xiàn)代檢測技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動搖的重要位置。主機對數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當?shù)膹姡菍ΜF(xiàn)實世界中的模擬量卻無能為力。如果沒有各種精確可靠的傳感器對非電量和模擬信號進行檢測并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計算機也無法發(fā)揮他應有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過放大處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計算機，由計算機對信號進行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合起來，對自動化和信息化起重要作用。采用各種傳感器和微處理技術(shù)可以對各種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產(chǎn)品進行測控及檢驗

16、，準確測量產(chǎn)品性能，及時發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進產(chǎn)品性能，防止事故發(fā)生提供必要的信息和更可靠的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，且對測量要求比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測量裝置已廣泛應用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片外加不銹鋼保護管封裝而成

17、，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。有獨特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊；其測溫范圍 55125，固有測溫分辨率0.5；支持多點組網(wǎng)功能；多個DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫；工作電源為35V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。DS18B20的性能特點如下：（1） 采用DALLAS公司獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊； （2）在使用中不需要任何外圍元件；（3）可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓

18、范圍：+3.0V+5.5V；（4）測溫范圍：-55+125。固有測溫分辨率為0.5。當在-10+85范圍內(nèi)，可確保測量誤差不超過0.5，在-55+125范圍內(nèi)，測量誤差也不超過2；（5）通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值；（7）支持多點的組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫（8）負壓特性，即具有電源反接保護電路。當電源電壓的極性反接時，能保護DS18B20不會因發(fā)熱而燒毀，但此時芯片無法正常工作；（9）DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高，進行9位的溫度值轉(zhuǎn)換只需93.75ms；（10）適配各種單片機或系統(tǒng)；（11）內(nèi)含64位激

19、光修正的只讀存儲ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號和8位循環(huán)冗余校驗碼(CRC)之后，產(chǎn)品序號占48位。出廠前產(chǎn)品序號存入其ROM中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。2.2.2 DS18B20引腳介紹圖3：DS18B20引腳各引腳功能為：I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。UDD是可供選用的外部電源端，不用時接地，GND為地，NC空腳。2.2.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括7部分:寄生電源、溫度傳感器、64位激光（loser）ROM與單線接口、高速暫存器（即便筏式RAM，用于存放中間數(shù)據(jù)

20、）、TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器，分別用來存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器。圖4：DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2.4 DS18B20的程序流程圖圖5程序流程圖2.3 數(shù)碼管介紹數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接

21、到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。2.3.1 數(shù)碼管概述圖5：數(shù)碼管數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了8個Led發(fā)光二極管，其中七個用于顯示字符，一個顯示小數(shù)點，所以通稱為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖所示（數(shù)碼管的正面朝自己，小數(shù)點在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp為段引腳，S1、S2、S3、S4分別表示四個數(shù)碼管的位。三、焊接電路1、電源的2、3腳接地，1腳實際是VCC（電源），但是電路中要接藍色的自鎖開關(guān)，