基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目類型工程設(shè)計(jì)（項(xiàng)目）√論文類R作品設(shè)計(jì)類□其他□一、選題簡(jiǎn)介、意義選題簡(jiǎn)介：指導(dǎo)老師命題內(nèi)，學(xué)生自主選題。意義：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的普及，高性能設(shè)備發(fā)展快，對(duì)溫度和濕度環(huán)境的要求也越來越高的企業(yè)也越來越多。傳統(tǒng)模式的溫濕度環(huán)境監(jiān)測(cè)是以人為基礎(chǔ),依靠人工抄數(shù)值，人工巡回查看等方式來測(cè)量和記錄環(huán)境狀況的數(shù)據(jù)。在這種模型中,不僅效率低不利于人才資源的管理分配，以及缺乏科學(xué)性，許多重大事故都是由人為因素造成的，人工維護(hù)缺乏完整的管理系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)可以解決資源的人力浪費(fèi)，管理不及時(shí)的問題。

二、課題綜述（課題研究，主要研究的內(nèi)容，要解決的問題，預(yù)期目標(biāo)，研究步驟、方法及措施等）研究的內(nèi)容本課題擬設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過采用單片機(jī)、各種傳感器、數(shù)碼管或LCD顯示模塊、鍵盤聯(lián)合實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要功能是通過傳感器采集倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)該掌握基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。

要解決的問題

研究基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于對(duì)基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及對(duì)它功能的實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)決定了后面系統(tǒng)的功能，同樣，想要研究個(gè)什么樣功能的基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)決定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。課題主要包含幾個(gè)部分:系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、軟硬件聯(lián)合調(diào)試等。因此，完成此課題必須要有豐富的相關(guān)專業(yè)知識(shí)和認(rèn)真細(xì)致的學(xué)習(xí)態(tài)度。研究步驟第一步：搜集資料；第二步：立論依據(jù)、研究目的及意義；第三步：分析問題；最后解決問題。方法及措施收集資料。通過國(guó)內(nèi)外對(duì)基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究入手收集各種關(guān)于基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的資料，重點(diǎn)對(duì)基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的資料論文進(jìn)行收集并結(jié)合所收集的各種資料，對(duì)基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算?；趩纹瑱C(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好后，利用專門軟件對(duì)其進(jìn)行編程調(diào)試。三、設(shè)計(jì)（論文）體系、結(jié)構(gòu)（大綱）第一章緒論（一）課題設(shè)計(jì)要求（二）課題研究的背景及意義第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖（二）系統(tǒng)工作流程（三）系統(tǒng)的功能介紹第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理（1）單片機(jī)AT89S51（2）MC14433A/D轉(zhuǎn)換器（3）環(huán)境采集系統(tǒng)（二）硬件各單元電路結(jié)構(gòu)（1）上電手動(dòng)復(fù)位電路（2）環(huán)境測(cè)量電路（3）YM19264與AT89S51顯示連接電路第四章軟件設(shè)計(jì)分析（一）程序開發(fā)環(huán)境及設(shè)計(jì)原則（二）軟件結(jié)構(gòu)各模塊流程圖（三）主要模塊代碼總結(jié)參考文獻(xiàn)致謝指導(dǎo)教師意見：簽字：年月日院（系）審批意見：簽章：2018年3月9日基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本篇論文主要是基于AT89C51單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)用了三個(gè)DS18B20分別用于收集3個(gè)溫度通道。LCD1602可以顯示倉(cāng)庫(kù)中實(shí)時(shí)通道的數(shù)量和電路的溫度，用來監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際環(huán)境。這一篇設(shè)計(jì)中涵蓋了溫度傳感器DS18B20、單片機(jī)AT89C51和LCD1602。硬件電路中涵蓋了溫度檢測(cè)電路、溫度控制電路和部分的接口電路。軟件設(shè)計(jì)里涵蓋了液晶顯示程序、溫度檢測(cè)程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)刷新子程序。設(shè)計(jì)電路的的基本規(guī)律是先用三塊DS18B20溫度傳感芯片測(cè)試每個(gè)不同電路的電流溫度，然后把測(cè)試完的數(shù)據(jù)依次分開的錄單片機(jī)中；然后再用AT89C51芯片給剛測(cè)試完得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和交換，把最后的額數(shù)據(jù)傳到液晶顯示模塊上。若測(cè)到的結(jié)果大于了預(yù)定的只，單片機(jī)就要把信號(hào)傳給報(bào)警電路單元；最后，LCD1602芯片在把這些得到的數(shù)據(jù)輪流傳到液晶顯示屏上。關(guān)鍵字：AT89C51單片機(jī)；溫度傳感器DS18B20；LCD1602芯片DesignofStorageEnvironmentMonitoringSystemBasedonSingleChipMicrocomputerAbstract:ThispaperismainlybasedonAT89C51microcontrollerwarehouseenvironmentdetectionsystemdesign,usingthreeDS18B20tocollectthreetemperaturechannels.LCD1602candisplaythenumberofreal-timechannelsandthetemperatureofthecircuitinthewarehousetomonitortherealenvironmentofthewarehouse.ThisdesigncoverstemperaturesensorDS18B20,singlechipAT89C51andLCD1602.Thehardwarecircuitincludestemperaturedetectioncircuit,temperaturecontrolcircuitandpartoftheinterfacecircuit.ThesoftwaredesignincludesLCDdisplayprogram,temperaturedetectionprogram,temperatureconversioncommandsubroutine,temperaturecalculationsubroutineandrealdatarefreshsubroutine.ThebasicruleofthecircuitdesignistotestthecurrentandtemperatureofeachcircuitwiththreeDS18B20temperaturesensorchips,thenrecordthetesteddataseparatelyinasinglechipcomputer,thencalculateandexchangethedatajusttestedwithAT89C51chip,andtransmitthefinalamountdatatotheLCDmodule.Iftheresultisbiggerthantheexpectedone,thesinglechipcomputerwilltransmitthesignaltothealarmcircuitunit.Finally,theLCD1602chiprotatesthedatatotheLCDscreen.Keywords:AT89C51MCU;temperaturesensorDS18B20;LCD1602chip目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 71.1論文研究的背景和意義 71.2溫度傳感器在國(guó)內(nèi)和國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 7第2章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 82.1方案設(shè)計(jì) 82.1.1設(shè)計(jì)方案一 82.1.2設(shè)計(jì)方案二 82.1.3設(shè)計(jì)方案三 82.2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 9第3章電子器件介紹 93.1AT89C51單片機(jī) 103.1.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 103.1.2AT89C51簡(jiǎn)介 103.1.3AT89C51引腳功能 113.1.3芯片擦除 123.2DS18B20溫度傳感器 123.2.1溫度傳感器DS18B20的主要特性 123.3LCD1602液晶顯示器 13第4章硬件電路設(shè)計(jì) 144.1系統(tǒng)的硬件組成 144.2單片機(jī)的典型電路 144.2.1時(shí)鐘電路 154.2.2上電復(fù)位電路 154.3顯示電路 154.4溫度檢測(cè)電路 164.5溫度報(bào)警電路 16第5章軟件設(shè)計(jì) 175.1主程序 175.2溫度檢測(cè)程序 185.2.1溫度傳感器DS18B20初始化 185.2.2讀DS18B20程序 185.2.3寫DS18B20程序 205.3溫度交換命令子程序 215.4計(jì)算溫度子程序 225.5顯示數(shù)據(jù)的刷新子程序 22第6章仿真、實(shí)物制作和系統(tǒng)調(diào)試 236.1仿真結(jié)果 236.2實(shí)物制作 246.3系統(tǒng)調(diào)試 25總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26致謝 27第1章緒論1.1論文研究的背景和意義21世紀(jì)，現(xiàn)在信息技術(shù)的發(fā)展越來越快，電子科學(xué)技術(shù)也在快速的發(fā)展著。社會(huì)上有很多不同的行業(yè)對(duì)不同的信息指數(shù)的準(zhǔn)備和精確性的要求在幾何層上都有了很大的提高。比如說怎么才能更快、更準(zhǔn)的得到這些參數(shù)，這就要看現(xiàn)在的信息基礎(chǔ)發(fā)展水平了。在下面這三大信息采集（傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計(jì)算機(jī)技術(shù)）中，傳感器技術(shù)是一種新技術(shù)革命和信息社會(huì)的最基礎(chǔ)的技術(shù)，是以現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)的先驅(qū)，同樣它還是很重要的一個(gè)標(biāo)志。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的收集、運(yùn)輸和解決相對(duì)的都是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要發(fā)展，特別是傳感器技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)被很多國(guó)家使用了，也就是說它們已經(jīng)進(jìn)入了社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域了?，F(xiàn)在人們的生活和環(huán)境的溫度是密切相關(guān)的，在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，必須要實(shí)時(shí)的測(cè)試環(huán)境溫濕度。所以，探究環(huán)境溫濕度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在社會(huì)生活的每個(gè)領(lǐng)域里取得的大范圍使用，甚至在人們很難靠近存有貨物的倉(cāng)庫(kù)中也的到了大范圍的使用，檢測(cè)控制系統(tǒng)它的慣性很大、變量需要通過一段時(shí)間才能完全作用于被解釋的變量等等這些不確定的因素。很難創(chuàng)建出一個(gè)精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，這樣會(huì)使控制系統(tǒng)的性能變差，可能還會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定或者失控的現(xiàn)象。這個(gè)設(shè)計(jì)主要采用了數(shù)字溫度傳感器DS18B20。因?yàn)樗膬?nèi)部組成了一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，他的電路結(jié)構(gòu)非常的簡(jiǎn)單，降低了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換的時(shí)候精度損失，讓溫度測(cè)量變得更加準(zhǔn)確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20現(xiàn)在只需要一個(gè)插腳就可以單片機(jī)的通訊，現(xiàn)在嚴(yán)重減少了布線的麻煩，讓單片機(jī)能夠更好的擴(kuò)展開來。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們的設(shè)計(jì)主要是以AT89C51位核心的，組成了一個(gè)穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)。結(jié)合了DS18B20芯片的小型化，數(shù)字溫度傳感器DS18B20可以由一條數(shù)據(jù)線和主電路進(jìn)行相連。對(duì)倉(cāng)庫(kù)的所有地方進(jìn)行滲入，這樣不僅僅可以提高實(shí)用性，還可以把很多數(shù)字溫度傳感器串聯(lián)起來。DS18B20主要用于多通道的溫度監(jiān)測(cè)。1.2溫度傳感器在國(guó)內(nèi)和國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)在的傳感器已經(jīng)成為了信息技術(shù)的前沿產(chǎn)品了，特別是溫度傳感器，現(xiàn)在已經(jīng)大量的被用于工業(yè)生產(chǎn)和生活中了，在所有的傳感器排名中排到了第一的位置上。溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分離式溫度傳感器（包括敏感元件）、模擬集成式溫度傳感器/控制器以及數(shù)字溫度傳感器?，F(xiàn)在，新型的溫度傳感器已經(jīng)從模擬發(fā)展到數(shù)字，從集成化發(fā)展到智能化和網(wǎng)絡(luò)化了。與此同時(shí)，溫度傳感器還擁有很高的一直串模干擾能力、分辨率要高、線性度好和成本低的優(yōu)點(diǎn)。每一個(gè)倉(cāng)庫(kù)里面都需要做的幾件事就是防潮、防霉、防腐和防爆，這些是比較倉(cāng)庫(kù)管理質(zhì)量的重要的標(biāo)準(zhǔn)，他可以直接影響到儲(chǔ)備材料的使用壽命和能夠一直被依賴和信任的標(biāo)準(zhǔn)。為了讓以后的工作都順利的進(jìn)行，首先的一個(gè)問題就是要加強(qiáng)對(duì)倉(cāng)庫(kù)溫度的監(jiān)控；因?yàn)椋瑐鹘y(tǒng)的方法是達(dá)不到溫度測(cè)試的要求的，我們要要求倉(cāng)庫(kù)能夠通風(fēng)、除濕和冷卻。這樣的手工測(cè)試方法不光費(fèi)時(shí)間、費(fèi)力氣，而且效率很低、溫度的誤差也比較大、隨機(jī)性很強(qiáng)。所以我們就需要能有一個(gè)成本很低有便于大家使用和精確的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。我們要讓這個(gè)系統(tǒng)不僅僅用于倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控之外，還要它能夠適用于機(jī)房、圖書館、檔案館、文物館、生物制藥和無(wú)菌室等等這些都需要環(huán)境監(jiān)控的地方。現(xiàn)在中國(guó)的科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)額技術(shù)發(fā)展的越老越快，都是以溫度傳感器為基礎(chǔ)的溫度測(cè)量技術(shù)才會(huì)更有意義。第2章系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)2.1.1設(shè)計(jì)方案一LM35溫度傳感器用于在溫度變化時(shí)將電壓轉(zhuǎn)換成相等的比例，然后通過數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字顯示。本電路圖的核心部分是用ICL7107完成功能轉(zhuǎn)換。ICL7107是一種被很多東西都能夠運(yùn)用到的集成電路。它由三個(gè)1/2位AD轉(zhuǎn)換器組成，可以直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。具有參考電壓、獨(dú)立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)衰落等功能。制作數(shù)字顯示器時(shí)，共陽(yáng)極為數(shù)碼管，2K可調(diào)電阻最好選用多回路電阻，分接電阻采用金屬膜電阻，誤差小，其它器件采用正品。只要稍加修改，許多電路就可以改進(jìn)，如數(shù)字電流表、數(shù)字溫度計(jì)等。無(wú)聲電流的溫度依賴性。硬件電路很難，軟件調(diào)試也很那難，同時(shí)它的生產(chǎn)成本還很高，但是精度卻不高，不能夠在高精度場(chǎng)合中使用。2.1.2設(shè)計(jì)方案二溫度監(jiān)測(cè)和控制常常用于日常生活和工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量元件包括熱電偶和熱電阻。熱電偶和熱電阻通常測(cè)量電壓，然后將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度，這就需要更多的外部硬件支持、復(fù)雜的硬件電路、復(fù)雜的軟件調(diào)試和較高的生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)采用DALLAS半導(dǎo)體公司在DS1820之后開發(fā)的改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件。DS18B20可直接讀取被測(cè)溫度，采用三線制與單片機(jī)連接，降低了外部硬件電路，具有成本低、使用方便的特點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由主控制器、溫度測(cè)量電路和顯示電路三個(gè)模塊組成。監(jiān)控系統(tǒng)控制器采用AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20和LCD1602液晶顯示溫度。該電路溫度精度高，電路簡(jiǎn)單可靠，能在較高的環(huán)境要求下準(zhǔn)確測(cè)量溫度。因此可以采用該方案。2.1.3設(shè)計(jì)方案三采用集成溫度傳感器AD590，設(shè)計(jì)制造了一種基于AT89C51的四位數(shù)字溫度計(jì)。它的電路簡(jiǎn)單，硬件和軟件結(jié)構(gòu)模塊化，簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。數(shù)字溫度計(jì)采用了AD590集成溫度傳感器和接口電路測(cè)量溫度然后轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號(hào)。它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)通過ADC0804進(jìn)行處理，然后送到單片機(jī)AT89C51進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，最后一步把溫度值顯示在d4、d3、d2和d1的4位七段LED顯示屏上。系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)、AD590溫度測(cè)量電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、4位溫度數(shù)據(jù)顯示電路、外圍電源和時(shí)鐘電路組成。這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要采用的是模數(shù)轉(zhuǎn)換硬件電路復(fù)雜、軟件調(diào)試復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。所以，溫度計(jì)的精度不高，不適合在高精度場(chǎng)合使用。2.2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由單片機(jī)和外圍的電路組成的，最主要的部分就是溫度測(cè)量電路使用的都是數(shù)字溫度芯片來測(cè)量溫度，使得輸出的信號(hào)使數(shù)字信號(hào)，這個(gè)可以由單片機(jī)直接解決；晶體振蕩器電路和復(fù)位電路提供的單芯片需要的是始終信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。芯片電腦能夠正常工作。當(dāng)倉(cāng)庫(kù)溫度超過一定的范圍時(shí)，報(bào)警電路就會(huì)立即的發(fā)出報(bào)警辛哈，顯露電路就是顯露長(zhǎng)褲的溫度。系統(tǒng)的工作過程如下：三個(gè)溫度傳感器能夠?qū)崟r(shí)的收集不同的溫度信號(hào)，導(dǎo)出的數(shù)字信號(hào)是傳送到單片機(jī)的，然后在有單片機(jī)進(jìn)行處理判斷，最后全部顯示到液晶屏上。如果說道路的溫度要比原先設(shè)定的溫度范圍要高或者低了的話，這個(gè)時(shí)候報(bào)警器就會(huì)報(bào)警。當(dāng)完成了上面的任務(wù)后，就立即返回到程序的起始位置、循環(huán)檢測(cè)和顯示。下面是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架圖：晶振電路晶振電路復(fù)位電路報(bào)警電路單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路顯示電路測(cè)溫點(diǎn)路圖1系統(tǒng)總體框圖第3章電子器件介紹這一章主要是介紹系統(tǒng)需要的電子元器件。電子元器件包含了AT89C51單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器和LCD1603液晶顯示器。3.1AT89C51單片機(jī)現(xiàn)在衛(wèi)星計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)已經(jīng)在人們的生活中被大范圍的使用了，成為了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)主要組成部分。它們以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。單片微型計(jì)算機(jī)也可以稱為單片機(jī)。這個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)一般都是用在系統(tǒng)的控制模塊中，所以它還可以叫做微控制器或者嵌入式控制器。它可以把計(jì)算機(jī)的所有基本的功能部件都微型化、然后幾種在一塊芯片上，從而完成片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3.1.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)主要涵蓋了中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種不同的輸入/輸出接口。下面圖2中是我們這次設(shè)計(jì)的單片機(jī)結(jié)構(gòu)：CPUCPUROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘I/O接口圖2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)3.1.2AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種低電壓、高性能的CMOS8位微處理器，具有4K字節(jié)閃存（FPRAM閃存可編程和可擦除只讀存儲(chǔ)器），通常稱為MCU。AT89C2051是一款具有2K字節(jié)閃存的可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器單片計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可擦除1000次。這個(gè)器件采用得失Atmel高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出引腳兼容。ATMELAT89C51是一款高效的微控制器，它將多功能8位CPU和閃存結(jié)合在一個(gè)芯片中。AT89C51單片機(jī)為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種又靈活又很便宜。3.1.3AT89C51引腳功能單片機(jī)中AT89C51這款型號(hào)的引腳有四十個(gè)雙列直插式封裝。下面圖3中的是它的引腳排列和邏輯符號(hào)。圖3單片機(jī)的引腳示意圖1）VCC是一種供電電壓；2）GND是用來接地的；3）P0口：P0口作為一個(gè)八位的漏極開路雙向的I/O接口，每一個(gè)管腳都可以吸收8TTL的門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次被寫入1的時(shí)候，他就會(huì)被當(dāng)成高級(jí)電阻被輸入。P0口可以被作為用于外部的程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，同時(shí)它是可以被設(shè)置為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在AS編程的時(shí)候，P0口就會(huì)被作為原碼給輸入I/O接口中；但是當(dāng)AS編程進(jìn)行校驗(yàn)的時(shí)候，P0口就會(huì)輸出原碼，這個(gè)時(shí)候P0口的外部就一定要接上拉電阻。4）P1口：P1口作為一個(gè)內(nèi)部可以提供給上拉電阻的8位雙向I/O接口，P1口的緩沖器可以接收到輸出的4TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次被寫入1的時(shí)候，就會(huì)被內(nèi)部上拉為高電阻，可以用為輸入，如果P1口被外部下拉到低電平的時(shí)候，就會(huì)輸出電流，這也是因?yàn)閮?nèi)部上拉的原因。但是在AS編程和AS校驗(yàn)的時(shí)候，P1口就會(huì)被當(dāng)成低8位地址來接受。5）P2口：P2口作為一個(gè)內(nèi)部可以提供給上拉電阻的8位雙向I/O接口，P2口的緩沖器就可以接受輸入的4個(gè)TTL門電流，如果看到P2口被寫入“1”的時(shí)候，它的管腳就會(huì)被內(nèi)部上拉電阻拉到高電平的位置上，并且是作為輸入的。當(dāng)作為輸入的時(shí)候，P2口的管腳就會(huì)被外部給拉低，然后輸出電流，這是因?yàn)閮?nèi)部上拉的原因。當(dāng)P2口作為外部程序存儲(chǔ)器或者是16位的地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取的時(shí)候，P2口就會(huì)輸出地址的高8位。當(dāng)?shù)刂方o的是“1”的時(shí)候，它就會(huì)使用內(nèi)部上拉的特點(diǎn)，對(duì)外部八位地址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫的餓時(shí)候，P2口就會(huì)輸出它的特別的寄存器的內(nèi)容。P2口在AS編程和校驗(yàn)的時(shí)候是可以幾首高八位的地址信號(hào)和控制信號(hào)的。6）P3口：P3口的管腳是有8個(gè)內(nèi)部上拉電阻的雙方向的I/O接口的，它可以收入輸出的4個(gè)TTL門電流。如果P3口被寫入的是“1”的時(shí)候，它們還是會(huì)被內(nèi)部上拉成高電平，而且還是作為輸入。當(dāng)它作為輸入的時(shí)候，它就會(huì)因?yàn)橥獠肯吕傻碗娖降脑?，使得P3口輸出電流。3.1.3芯片擦除通過組合正確的控制信號(hào)并將ALE引腳保持在10ms的低水平，可以完成整個(gè)Perom陣列和三個(gè)鎖定位的消除。在芯片擦除的整個(gè)過程中，代碼陣列寫入“1”，必須在任何非空內(nèi)存字節(jié)重新編程之前執(zhí)行。然后AT89C51還具有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以支持兩種軟件交替的低至零頻率關(guān)機(jī)模式。在空閑的時(shí)候，CPU停止運(yùn)行。但是RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串行端口和中斷系統(tǒng)還是在運(yùn)行的。在沒電的時(shí)候，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，其它芯片功能被禁止，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.2DS18B20溫度傳感器DS18B20數(shù)碼溫度傳感器很容易連接。他可以用于管道式、螺絲式、磁鐵吸附式、不銹鋼封鎖式等多種封鎖式場(chǎng)所、LTM88877、LTM8888874等多種型號(hào)模型，主要按不同的應(yīng)用場(chǎng)所改變外表。包裝DS1818B20是有線溫度測(cè)定，熔爐溫度測(cè)定，保管溫度氣溫測(cè)定，空氣溫度測(cè)量，農(nóng)業(yè)溫室溫度測(cè)量，正室溫度測(cè)量，彈藥高溫測(cè)定等悲劇溫度溫度測(cè)定，內(nèi)追蹤，體積小便，包裝形式多樣，適用于各種小型空間設(shè)備的數(shù)碼溫度測(cè)定領(lǐng)域。3.2.1溫度傳感器DS18B20的主要特性1、能夠適用的電壓范圍很寬，范圍大概在3伏到5.5伏之間，在寄生電源的方式下可以用數(shù)據(jù)線進(jìn)行供電；2、唯一的單線接口方式，溫度傳感器在和單片機(jī)連接的時(shí)候，它只需要一天口線就可以和單片機(jī)進(jìn)行雙向的通訊；3、DS18B20是支持多點(diǎn)組網(wǎng)的功能的，數(shù)個(gè)溫度傳感器都可以在同一條三線上，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)來進(jìn)行測(cè)量溫度；4、溫度傳感器在使用的時(shí)候不要其他的外圍元件，所有的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路都是集中在一只三級(jí)管的集成電路中的；5、溫度的范圍大概在-55度到125度之間；6、可以用來編程的分辨率是9到12位，他們的可分辨率是0.5度、0.25度、0.125度和0.0625度，可以高精度的去測(cè)試環(huán)境溫度；7、負(fù)壓特性，當(dāng)電源的極性接反了的時(shí)候，芯片是不會(huì)因?yàn)楹軣峋蜔龎牡舻?，但是他也不可以繼續(xù)工作了。3.3LCD1602液晶顯示器LCD1602液晶顯示器也可以稱為工業(yè)字符型液晶的，它可以同時(shí)顯示32個(gè)字符。它是一種專門用來顯示字母、數(shù)據(jù)和符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶。它每一個(gè)點(diǎn)陣都是能夠顯示出一個(gè)字符的，液晶顯示器一共有16個(gè)引腳。各個(gè)引腳的功能如下表所示：表1引腳功能表序號(hào)名稱描述1GND接地2VCC接+5V3VL液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端4RS寄存器選擇端5RW讀寫控制端6EN使能端7-14D0-D7雙向數(shù)據(jù)端15BL+背燈電源正集16BL-背燈電源負(fù)極第4章硬件電路設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的硬件組成我們的設(shè)計(jì)主要是以單片機(jī)作為重點(diǎn)，然后使用數(shù)個(gè)溫度傳感器給多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，這個(gè)液晶顯示屏分別是循環(huán)顯示檢測(cè)出來的溫度的。它的原理圖如下：溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器單片機(jī)顯示屏圖4系統(tǒng)原理框圖4.2單片機(jī)的典型電路這個(gè)單片機(jī)的典型電路主要涵蓋了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。4.2.1時(shí)鐘電路根據(jù)下面圖5中連接的來看，這樣就可以組成一個(gè)自激振蕩電路，震蕩的頻率是根據(jù)適應(yīng)晶體的振蕩頻率所決定的，它的范圍一般是在1.2MHz到12MHz，C1和C2的作用就是讓他們能夠頻率微調(diào)和穩(wěn)定，電容的范圍在5pF到30pF之前。圖5單片機(jī)時(shí)鐘電路4.2.2上電復(fù)位電路主要是RC建成的微分電路，在通電的那一瞬間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)為分脈沖，它大概是兩個(gè)機(jī)器周期的寬度。主要電路圖如圖6所示：圖6單片機(jī)復(fù)位電路4.3顯示電路根據(jù)下圖7中可以看出LCD1602液晶顯示的接口由兩個(gè)管腳連接，LED+接的是+5伏的高電平，LED-是接地的。當(dāng)你想要清楚的看到數(shù)據(jù)的時(shí)候，你可以調(diào)節(jié)10K的滑動(dòng)變阻器去調(diào)整顯示屏的光度。圖7LCD1602液晶顯示器的接口連線4.4溫度檢測(cè)電路根據(jù)下圖8中可以看出三路溫度傳感器的DQ分別的連接單片機(jī)的P3.2、P3.3、P3.4的I/O接口，溫度傳感器使用的是外圍供電的方式，I/O是要接5千歐左右的上拉電阻的，在這個(gè)圖中，I/O接口接的是4.7千歐的上拉電壓，所以視頻他的工作是相當(dāng)可靠的，而且抗干擾的能力很強(qiáng)。圖8溫度檢測(cè)電路接線圖4.5溫度報(bào)警電路我們這個(gè)系統(tǒng)中的報(bào)警系統(tǒng)是軟件處理報(bào)警，采用了源蜂鳴器輸出報(bào)警，使用的是直流電源。當(dāng)測(cè)得的溫度大于或者小魚預(yù)設(shè)的溫度的時(shí)候，數(shù)據(jù)端口就會(huì)相對(duì)的升高液位并且輸出報(bào)警信號(hào)，也可以使用發(fā)光二極管的報(bào)警電路。若是需要發(fā)出報(bào)警信號(hào)，就只需要在相對(duì)的位置上為1就好。在完成判斷參數(shù)的時(shí)候，可以查看一下報(bào)警模型單元的報(bào)警內(nèi)容與預(yù)設(shè)的報(bào)警是否一樣，如果不一樣，就要發(fā)出發(fā)光警報(bào)。報(bào)警電路的硬件連接圖9所示：圖9報(bào)警電路硬件連接圖第5章軟件設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)主要涵蓋了主程序、溫度檢測(cè)程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。5.1主程序主程序是可以調(diào)配使用每一個(gè)子程序的，還可以系統(tǒng)控制執(zhí)行模塊之間的組合和連接，用來解決子程序發(fā)過來的數(shù)據(jù)。5.2溫度檢測(cè)程序被單片機(jī)控制下的溫度傳感器DS18B20可以分成三個(gè)段落，首先是溫度傳感器DS18B20初始化，其實(shí)是讀DS18B20程序，最后就是寫DS18B20程序。5.2.1溫度傳感器DS18B20初始化首先，將數(shù)據(jù)行設(shè)置為高級(jí)別“1”。拖延時(shí)間（時(shí)間要求不嚴(yán)格，但盡可能短），然后把數(shù)據(jù)線拉回到低水平“0”。延遲750us（時(shí)間范圍大概是從480us到960us）。將數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”，等待延遲（如果初始化成功，溫度傳感器DS18B20返回的低電平“0”，將在15到60微秒內(nèi)產(chǎn)生；根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)，我們就能夠確定它的存在，但我們應(yīng)該注意不要無(wú)限期地等待，否則程序?qū)⑦M(jìn)入死循環(huán)，因此我們需要對(duì)它控制防止超時(shí)）。如果CPU在數(shù)據(jù)線上讀取低電平“0”，它必須從它發(fā)出的高電平延遲至少480us，并且數(shù)據(jù)線再次提升到高電平“1”的末尾。5.2.2讀DS18B20程序開始設(shè)置循環(huán)的次數(shù)為8總線置0并延時(shí)16us讀取1位數(shù)據(jù)延時(shí)100us總線置1并延時(shí)16us8位讀完返回NY最早先將周期數(shù)設(shè)置成8次，然后通過總線推遲吧這8位數(shù)據(jù)讀入到單片機(jī)里面。從溫度傳感器DS18B20中讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，主機(jī)就會(huì)自動(dòng)生成讀取時(shí)隙。主機(jī)吧數(shù)據(jù)從高電平拉回低電平的時(shí)候，數(shù)據(jù)線一定要與寫入時(shí)隙保持有1us的距離；溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)輸出在讀取時(shí)隙出現(xiàn)下降沿后的15μus開始設(shè)置循環(huán)的次數(shù)為8總線置0并延時(shí)16us讀取1位數(shù)據(jù)延時(shí)100us總線置1并延時(shí)16us8位讀完返回NY圖7讀DS18B20流程圖5.2.3寫DS18B20程序跟讀DS18B20程序一樣，首先還是要將循環(huán)的次數(shù)設(shè)置為誒8次，然后把總線推遲后把8位數(shù)據(jù)寫進(jìn)單片機(jī)里。這個(gè)時(shí)候主機(jī)把數(shù)據(jù)的邏輯高電平拉回到邏輯低電平的時(shí)候，就可以開始寫入時(shí)隙。這種寫入時(shí)隙一共有兩種寫入方法，是寫1時(shí)隙和寫0時(shí)隙。所有的寫時(shí)隙時(shí)間必須保持在60us左右，里面有兩個(gè)寫周期最少要有1us的恢復(fù)時(shí)間。I/O數(shù)據(jù)線的電平變低的時(shí)候，DS18B20在15us到60us的窗口范圍內(nèi)對(duì)I/O線進(jìn)行采樣。如果說線上的是高電平，那就寫入1；如果線上的是低電平，那就寫入0。主機(jī)要有一個(gè)寫時(shí)隙，他能夠把數(shù)據(jù)線拉倒低電平后就解脫掉，在剛開始寫時(shí)隙的15us的時(shí)候，就要把數(shù)據(jù)線拉回到高電平上。主機(jī)要是寫入一個(gè)0時(shí)隙，就要把數(shù)據(jù)線拉回到低電平并且要設(shè)置在60us上。每一個(gè)讀時(shí)隙都是從主機(jī)那里發(fā)出去的，都要拉低總線1us左右，當(dāng)主機(jī)在讀時(shí)隙的時(shí)候，單總線器件才會(huì)在總線上傳送0或者是1，而且每一個(gè)讀取時(shí)序的時(shí)間都要在60us。這個(gè)寫溫度傳感器DS18B20的流程圖如下：開始設(shè)置循環(huán)的次數(shù)為8總線置0并延時(shí)開始設(shè)置循環(huán)的次數(shù)為8總線置0并延時(shí)16us寫入1位數(shù)據(jù)延時(shí)480us總線置1并延時(shí)16us8位讀完返回NY5.3溫度交換命令子程序溫度交換命令子程序是用來發(fā)送溫度交換啟動(dòng)命令的。它使用的是12位的分辨率，轉(zhuǎn)換的時(shí)間大概在750ms左右。在設(shè)計(jì)這個(gè)程序的時(shí)候，我們使用的是1s顯示程序拖延法等待交換完成。溫度交換命令子程序如下圖流程圖所示：開始開始發(fā)送DS18B20復(fù)位命令發(fā)送跳過ROM命令發(fā)送溫度交換開始命令結(jié)束圖8溫度交換流程圖5.4計(jì)算溫度子程序所謂的計(jì)算溫度子程序指的就是把讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行碼的交換運(yùn)算，然后判斷他的溫度數(shù)據(jù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，判斷它的流程圖如下所示：溫度值取補(bǔ)碼置“—”標(biāo)志開始溫度零下？計(jì)算小數(shù)位溫度溫度值取補(bǔ)碼置“—”標(biāo)志開始溫度零下？計(jì)算小數(shù)位溫度BCD碼計(jì)算溫度BCD碼結(jié)束置“+”標(biāo)志YN5.5顯示數(shù)據(jù)的刷新子程序開始溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)為0開始溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)為0？百位數(shù)為0？十位數(shù)顯示符號(hào)百位數(shù)不顯示結(jié)束百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)）圖10顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖第6章仿真、實(shí)物制作和系統(tǒng)調(diào)試6.1仿真結(jié)果主要是用Proteus這個(gè)軟件對(duì)這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做仿真測(cè)試，仿真圖中是看不出來蜂鳴報(bào)警器是不是在報(bào)警的，所以我們的仿真是采用報(bào)警指示燈來進(jìn)行報(bào)警測(cè)試的。圖11系統(tǒng)仿真圖從上面的仿真圖中可以看出來這是一個(gè)循環(huán)顯示三路溫度圖。液晶顯示中第一行是現(xiàn)實(shí)仿真的時(shí)間，下面一行現(xiàn)實(shí)的分別是溫度值、溫度單位和溫度檢測(cè)的路數(shù)。下面圖11是第一路溫度傳感器DS18B20檢測(cè)到的溫度，他的溫度值是在-20.5度這樣，如果液晶的顯示和溫度傳感器DS18B20是一樣的，那么仿真就成功了。只有需要測(cè)試的溫度要比原先設(shè)定的溫度要高了，報(bào)警指示燈才會(huì)顯示報(bào)警信號(hào)。在圖12中可以看得出來它的作用是為了顯示第二路溫度傳感器DS18B20測(cè)出來的溫度的，若測(cè)得的溫度在原先指定的范圍內(nèi)，它們就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。在圖13中可以看得出來它顯示的是第三路溫度傳感器DS18B20測(cè)得的溫度，若是測(cè)出的溫度比原先設(shè)置的范圍要多了，那么報(bào)警指示燈就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在圖14中看到的就是來來回回顯示出的都是第一路的溫度值。 圖11圖12圖13圖146.2實(shí)物制作把仿真的結(jié)果測(cè)出來之后就可以按照系統(tǒng)的仿真圖開始進(jìn)行實(shí)物的制作了。首先我們要先從實(shí)驗(yàn)室里獲得不同的模塊我們需要的所有元器件，下面是所有元器件的清單表，之后我們?cè)诎凑针娐返姆绞綄?duì)實(shí)物進(jìn)行加熱、加壓的等等方式把它不同的金屬工件連接起來。表2元器件清單序號(hào)名稱型號(hào)單位數(shù)量備注1電阻10千歐支22電容30法拉支23晶振12兆赫茲支14三極管9012支15蜂鳴器支16滑動(dòng)變阻器10千歐支17電阻5千歐支38液晶顯示器LCD1602支19單片機(jī)AT89C51支16.3系統(tǒng)調(diào)試我們這次的系統(tǒng)主要是以調(diào)試程序?yàn)橹攸c(diǎn)。首先編程顯示的程序?qū)τ布M(jìn)行正確性的驗(yàn)證，其次就是對(duì)主程序、讀出溫度子程序、溫度交換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和顯示的數(shù)據(jù)刷新子程序開始編程和調(diào)試。溫度傳感器DS18B20和單片機(jī)都使用串行的數(shù)據(jù)傳輸，所以我們隊(duì)溫度傳感器DS18B20做讀編程和寫編程的時(shí)候，一定要對(duì)讀時(shí)序和寫時(shí)序非常的重視，不然是讀不出來數(shù)據(jù)的測(cè)量結(jié)果的。我們的程序使用的就是單片機(jī)C語(yǔ)言對(duì)它進(jìn)行編程的，然后在使用KeilC編譯器對(duì)它進(jìn)行編程調(diào)試的。把軟件調(diào)試到能夠在液晶上顯示出溫度數(shù)據(jù)，并且能夠隨著溫度的不變化就能夠連同這液晶上面顯示的溫度也同時(shí)改變。比如說改變了傳感器的溫度的時(shí)候，是否能夠同時(shí)改變。軟件和硬件都調(diào)試好了之后，，就需要把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)里，然后電路板連接到電源上，這樣系統(tǒng)就可以開始工作了。有時(shí)候可能因?yàn)槭莿倓偨由想娝詼囟葌鞲衅鱀S18B20的初始化還沒有進(jìn)行，它的三路顯示的都是85度。那在循環(huán)完一個(gè)周期之后，它就可以顯示這三條路的溫度數(shù)據(jù)了。但是在我們做仿真程序之前就會(huì)把所有的元件都想成是狀態(tài)最好的，可是顯示中我們使用的時(shí)候，它總是達(dá)不到最好的狀態(tài)，這些元件總是會(huì)或多或少的出現(xiàn)一些不好的問題，這個(gè)時(shí)候做出來的東西和仿真的時(shí)候做出來的東西之間還是有一些差別的。但是如果這個(gè)系統(tǒng)可以正常的顯示出循環(huán)的溫度數(shù)據(jù)，我們的系統(tǒng)就算是設(shè)計(jì)好了?？偨Y(jié)在這次的設(shè)計(jì)中我們主要使用的就是用AT89C51芯片去控制溫度傳感器DS18B20，然后用小部分的外圍電路對(duì)它進(jìn)行環(huán)境的溫度監(jiān)測(cè)，這樣性能就會(huì)穩(wěn)固，精確度也很高，并且它的擴(kuò)展性也會(huì)非常的厲害。這個(gè)系統(tǒng)中采用的溫度傳感器DS18B20是維持單總線的協(xié)議的，這個(gè)時(shí)候我們就可以多使用幾個(gè)溫度傳感器DS18B20把兩根