溫度報警器設(shè)計

PAGEPAGE18溫度報警器設(shè)計學(xué)院專業(yè)電子信息工程班級學(xué)籍號姓名指導(dǎo)教師0000年00月00日目錄目錄 II第1章 緒論 31.1 溫度報警器概述 31.2溫度報警器發(fā)展前景 31.3本設(shè)計任務(wù) 4第2章 總體方案論證與設(shè)計 52.1方案論述 52.2總體硬件組成框圖 5第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 63.1單片機 63.2溫度采集電路 63.2.1PT100溫度傳感器 63.2.2測溫電路 73.3A/D轉(zhuǎn)換電路 73.3.1ADC0801介紹 73.3.2A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理 83.4溫度顯示電路 8第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 94.1軟件設(shè)計思路 94.2主程序設(shè)計 9第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 105.1使用的儀器儀表 105.2系統(tǒng)調(diào)試 105.2.1硬件調(diào)試 105.2.2軟件調(diào)試 105.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 105.3測試結(jié)果 10附錄1系統(tǒng)電路圖 12附錄2元器件清單 13附錄3程序清單 14緒論溫度是一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)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。溫度報警器廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中：環(huán)境溫度檢測，機房溫度監(jiān)測及報警，蔬菜大棚、花窖、魚塘水溫監(jiān)測，工廠用的烘箱、電爐，汽車低溫報警（提示司機路面結(jié)冰），實驗室，冷庫、倉庫溫度監(jiān)測及報警等等，其研究具有一定的學(xué)術(shù)價值和廣泛的市場前景。溫度報警器概述現(xiàn)代社會是信息化的社會，隨著安全化程度的日益提高，機房作為現(xiàn)代化的樞紐，其安全工作已成為重中之重，機房內(nèi)一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓，造成巨大的損失和社會影響。造成高溫火災(zāi)有：電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發(fā)高溫或火災(zāi)；靜電產(chǎn)生高溫或火災(zāi)；雷電等強電侵入導(dǎo)致高溫或火災(zāi)；最主要是機房內(nèi)電腦、空調(diào)等用電設(shè)備長時間通電工作，導(dǎo)致設(shè)備老化，空調(diào)發(fā)生故障，而不能降溫；因此機房內(nèi)所屬的電子產(chǎn)品發(fā)熱快，在短時間內(nèi)機房溫度升高超出設(shè)備正常溫度，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或產(chǎn)生火災(zāi)，這時超溫報警系統(tǒng)就發(fā)揮應(yīng)有的功能。本文介紹的是采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報警器，當(dāng)由金屬探頭所接觸的溫度通過傳感器到開關(guān)，如果溫度超過預(yù)定值，此時的開關(guān)即開啟，連接報警器發(fā)出報警聲，此時的發(fā)聲的報警裝置可以通過改變一些元器件的接法而發(fā)出不同的聲音。為了增加實用效果,特添加由共陽極雙色發(fā)光管組成的指示電路.電路不報警時為綠燈,反則報警時為紅綠交替。1.2溫度報警器發(fā)展前景目前我國人民生活水平有所提高，一些電器產(chǎn)品正深入到千家萬戶，據(jù)統(tǒng)計，我國目前有約13億人口，幾乎每個家庭都用過象熱得快之類的燒水工具。隨之而來的便是由于使用不當(dāng)或在使用的同時卻忘了而發(fā)生的事故。如果將本系統(tǒng)用于實際，可以有效遏制該類事故發(fā)生。因此，如果實際的產(chǎn)品一旦投放市場，必將有很大的市場空間和廣闊的發(fā)展前景。本產(chǎn)品在把一些連線以不同的方式連接時，可以發(fā)出不同的報警聲。本產(chǎn)品克服了現(xiàn)在流行的報警器的缺點，成本低，具有更大的實用性、新穎性。主要創(chuàng)新點及應(yīng)用前景如下：高靈敏度，高穩(wěn)定性，報警及時。本系統(tǒng)能具有高靈敏度和高穩(wěn)定性，得益于系統(tǒng)有很好的傳感器。但是它仍然有一定的缺陷，自身有很大的局限性。如果能夠把更好的傳感器應(yīng)用到該產(chǎn)品中，該產(chǎn)品會有更廣闊的發(fā)展前景。1.3本設(shè)計任務(wù)本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電器、報警電路、復(fù)位電路以及2個LED數(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測，并能在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)用LED顯示，同時在超過預(yù)設(shè)范圍時產(chǎn)生報警信號。本文分析了溫度傳感器的工作原理，系統(tǒng)硬件電路以及軟件部分的設(shè)計?？傮w方案論證與設(shè)計本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電器、報警電路、復(fù)位電路以及2個LED數(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測,并能在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)用LED顯示，同時在超過預(yù)設(shè)范圍時產(chǎn)生報警信號。該系統(tǒng)軟件采用C語言實現(xiàn)，方便移植且開發(fā)簡單。本溫度報警器功能實用、成本低廉、操作方便、有一定的實用價值。2.1方案論述方案一：通過PT100熱敏電阻對溫度進(jìn)行采集，隨著溫度的變化，PT100的阻值也會隨著變化，則通過自制的橋式測溫電路的分壓也會發(fā)生變化，由于變化的分壓不是很大，所以采取UA741CN放大器將變化的電壓進(jìn)行放大，放大到AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠處理的范圍之內(nèi)。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度信號傳入到AT89S52單片機，再由單片機控制繼電器、蜂鳴器和數(shù)碼管來實現(xiàn)溫度控制、報警、顯示的功能。當(dāng)溫度在18度至70度之間時，系統(tǒng)正確顯示溫度，當(dāng)溫度超出這個范圍時系統(tǒng)在顯示溫度的同時發(fā)出警報聲。方案二：主電路由NTC測溫電阻，可調(diào)溫度電位器，低頻振蕩器和音頻振蕩器四部分組成，工作原理如下：由電位器設(shè)定好溫度值,當(dāng)溫度升高時，測溫電阻NTC的電阻值降低，達(dá)到CD4011輸入高電平閥值，導(dǎo)致低頻振蕩器工作，調(diào)制音頻振蕩器，通過三極管放大，由報警裝置發(fā)出報警聲。通過對比，從適用前景和市場經(jīng)濟效益分析來看,選擇第一種方案比較合理。2.2總體硬件組成框圖系統(tǒng)原理圖見圖2-1所示：溫度溫度檢測AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89S52單片機LED顯示蜂鳴器繼電器圖2-1溫度報警器系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等三大模塊。3.1單片機本設(shè)計采用MCS-51系列的AT89S52單片機，因為AT89S52單片機應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，性價比高。8051包含了8位CPU，片內(nèi)振蕩器，8K字節(jié)ROM,256字節(jié)RAM，3個16位定時器/計數(shù)器等。AT89S52的管腳分配如圖3-1：圖3-1AT89S52的管腳分配圖3.2溫度采集電路3.2.1PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：-200℃~+850℃；允許偏差值△℃：A級±（0.15+0.002|t|），B級±（0.30+0.005|t|）；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA因為PT100是將溫度轉(zhuǎn)換為電阻，而單片機處理的為數(shù)字電壓信號，則要將電阻轉(zhuǎn)換為電壓，同時對電壓信號進(jìn)行放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換ADC0801的VI+端口。3.2.2測溫電路測溫的典型應(yīng)用電路如圖3-2所示圖3-2測溫電路測溫原理：采用R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測量電橋（其中R1＝R2，VR2為100Ω精密電阻），當(dāng)Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時，電橋輸出一個mV級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運放UA741放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中R3＝R4、R5＝R6、放大倍數(shù)＝R5/R3，運放采用單一5V供電。3.3A/D轉(zhuǎn)換電路3.3.1ADC0801介紹ADC0801是8位全MOS中速A/D轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機直接口接。其主要引腳功能如下：（1）RD，WR：讀選通信號和選通信號（低電平有效）。（2）CLK：時鐘脈沖輸入端，上升有效。（3）DB0—DB7是輸入信號。（4）CLKR：內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。（5）CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動。（6）WR：寫信號輸入，接受微機系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動輸入端，低電平有效，CS、WR同時為低電平時，啟動轉(zhuǎn)換。 （7）INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，低電平有效，輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號常作為向微機系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。（8）CLK：為外部時鐘輸入端，時鐘頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10-1280KHZ，典型值為640KHZ。此時，A/D轉(zhuǎn)換時間為10us。通常由MCS—51單片機ALE端直接或分頻后與其相連。當(dāng)MCS單片機與讀寫外，RAM操作時，ALE信號固定為CPU時鐘頻率的1/6，若單片外接的晶振為6MHZ，則1/6為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時間為64us。3.3.2A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理ADC0801的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端DB0—DB7與8051的P0.0-P0.7相連。RD與AT89S52RD相連，WR也是跟AT89S52WR相連。CS、VIN+接地。（低電平有效）ADC0801的兩模擬信號輸入端，用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號，與WR同時為低電平A/D轉(zhuǎn)換器被啟動切在WR上升沿后100模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時，INTR自動變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束。如CS、RD同時來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài)。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3-3所示。圖3-3A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.4溫度顯示電路LED數(shù)碼管顯示原理，共陰數(shù)碼管管腳分配如圖3-4所示：圖3-4數(shù)碼管顯示原理系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1軟件設(shè)計思路軟件設(shè)計的任務(wù)包括啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、溫度顯示等，其中啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、溫度顯示、溫度控制等工作都在主程序中完成。4.2主程序設(shè)計本系統(tǒng)中下位機（單片機89C51）的主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化啟動AD轉(zhuǎn)換讀取AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)碼管顯示判斷溫度蜂鳴器報警開始繼電器控制YN圖4-1程序流程圖系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1使用的儀器儀表見附錄2。5.2系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進(jìn)行逐級測試：LED驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，PC機通信模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測試。5.2.1硬件調(diào)試對各個模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機仿真器WAVE6000L及微機，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.3測試結(jié)果熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號送入單片機，經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度，同時判斷是否超出了18度至70度的范圍，超出了則斷開開關(guān)并啟動蜂鳴器發(fā)出警報聲，若沒有超出就自然顯示溫度。

結(jié)論熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號送入單片機，經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度，同時判斷是否超出了18度至70度的范圍，超出了則斷開開關(guān)并啟動蜂鳴器發(fā)出警報聲，若沒有超出就自然顯示溫度。該溫度報警器在proteus中仿真理論上基本可以實現(xiàn)，但是在仿真過程中還是發(fā)現(xiàn)了LED數(shù)碼管顯示并沒有按照程序設(shè)定的一個溫度值一個溫度值的變化，而是兩個溫度值兩個溫度值的變換。我個人覺得可能是proteus數(shù)字仿真軟件在仿真過程中存在延遲或者是誤差。本次實習(xí)在設(shè)計和制作溫度報警器的過程中，對在校學(xué)習(xí)的單片機知識、電路知識以及C語言程序設(shè)計知識有一個全面的檢驗，在制作過程中也體驗了從電路圖的繪制到元器件的焊接組裝調(diào)試的全過程。學(xué)會了proteus單片機仿真軟件使用的基本步驟，了解了各個元器件在proteus中的表示，掌握了proteus和keiluvision3聯(lián)調(diào)的方法，以及AD0801、AT89S52、測溫電路基本連接方法更培養(yǎng)了我更加細(xì)心、耐心的素質(zhì)。

附錄1系統(tǒng)電路圖

附錄2元器件清單名稱數(shù)量單片機AT89S521塊LED數(shù)碼管2支蜂鳴器1支繼電器1個三極管2支發(fā)光二極管2支運算放大器UA7411塊15K電阻11個2.2K電阻1個3.9K電阻2個11K電阻2個22K電阻1個98Ω電阻1個22PF電容2片150PF電容1片12M晶振1支二極管1支

附錄3程序清單#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitwr=P3^6;sbitrd=P3^7;sbitJRC=P3^1;sbitFM=P3^0;uchardataled[4];unsignedcharcodetab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};/******************1ms延時函數(shù)************/delay(intt){inti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<50;j++);}voidstart(){wr=1;wr=0;wr=1;}/************************************************LED數(shù)碼管（顯示）功能子函數(shù)*************************************************/voiddisplay(uinttvdata){uintk,temp;P2=0x00;k=tvdata%10;temp=tab[k];P2=temp;delay(1);P1=0x00;k=tvdata/10;temp=tab[k];P1=temp;delay(1);}/************主函數(shù)開始************/voidmain(){uchark,wendu;uintadvalue;while(1){start();k=k;k=k;rd=0;advalue=P0;rd=1;k=k;k=k;advalue=advalue*(1.94);switch(advalue){case448:wendu=18;break;case449:wendu=19;break;case450:wendu=20;break;case451:wendu=21;break;case452:wendu=22;break;case453:wendu=23;break;case454:wendu=24;break;case455:wendu=25;break;case456:wendu=26;break;case457:wendu=27;break;case458:wendu=28;break;case459:wendu=29;break;case460:wendu=30;break;case461:wendu=31;break;case462:wendu=32;break;case463:wendu=33;break;case464:wendu=34;break;case465:wendu=35;break;case466:wendu=36;break;case467:wendu=37;break;case468:wendu=38;break