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文檔簡介
1、word. 課程設計報告課程設計報告溫度采集報警系統(tǒng)的設計 院 系 電子信息工程學院 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 1 姓 名 孫黃超 學號:1208421071word.摘摘 要要溫度采集廣泛應用于人民的生產(chǎn)和生活中,使用溫度計來采集溫度,這樣不僅采集精度低、實時性差,而且操作人員的勞動強度大。為了解決這一問題,本文介紹了一種采用集成溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件,AT89C51 作為 CPU 的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與 AT89C51 單片機結(jié)合來測量溫度,利用相應的顯示器顯示溫度值。利用仿真工具 Proteus 進行單片機應用系統(tǒng)的虛擬設計與仿真調(diào)試
2、。在 Keil Vision3 開發(fā)環(huán)境下進行 C51 語言程序開發(fā)。本課題主要有鍵盤輸入模塊、傳感器采集模塊、顯示模塊、報警模塊、CPU 處理模塊、電源供電及復位模塊組成。本文介紹了該溫度采集報警系統(tǒng)的硬件和軟件設計。關鍵字:數(shù)據(jù)采集、傳感器、AT89S51 單片機、仿真調(diào)試word.目目 錄錄摘 要.I目 錄 .II1 引言.11.1 研究背景及意義.11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.12 溫度采集報警系統(tǒng)原理說明. 13 硬件設計.33.1 總體方案設計.33.2 主要模塊設計.3 3.2.1 晶振電路.3 3.2.2 復位電路.4 3.2.3 按鍵操作電路.4 3.2.4 顯示電路.5 3.2
3、.5 報警電路.5 3.2.6 溫度傳感器選擇. .5 3.2.7 實現(xiàn)溫度采集報警系統(tǒng)的整體流程圖.6 4 軟件設計.74.1 溫度采集傳感系統(tǒng)的任務.74.2 Proteus 的界面實現(xiàn).74.3 在 KeilVision4 平臺下進行編程.85 系統(tǒng)調(diào)試與實驗.96 總結(jié).117 參考文獻.128 附錄.13word.1 引言1.1 研究背景及意義 隨著社會和經(jīng)濟的開展,城市的消防工作越來越重要,火災自動報警系統(tǒng)在消防工作中的作用就越突出,我國的火災報警系統(tǒng)歷經(jīng)了從無到有,從簡單到復雜的開展過程,其中智能化程度越來越高,但是由于人為的因素導致發(fā)生火災的消息不能及時向有關方面報告,沒有及時
4、的處理火災事故,這導致了更多的經(jīng)濟財產(chǎn)損失。而火災自動報警系統(tǒng)的實現(xiàn)及全方面的應用就是為了減少損失的發(fā)生率。溫度采集報警系統(tǒng)的設計及研究應用,對于以后消防工作的進行有十分重大的意義。因此,采用單片機實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的研究越來越普遍,而單片機溫度控制系統(tǒng)中的傳感器的應用,簡化了信息采集的設計,從而減小了設計的復雜性,增加系統(tǒng)的可靠性,也同時減小了在實際開發(fā)中 PCB 板的面積,節(jié)約了本錢。報警和顯示模塊主要是驅(qū)動蜂鳴器實現(xiàn)報警功能和便于實時觀察。該系統(tǒng)充分表達了智能化、低功耗、高精度的開展趨勢。重點在于傳感器的設計及智能化、低功耗的硬件電路設計上。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于火災系統(tǒng)需要不斷完善,
5、因此,目前各個國家對于溫度采集報警系統(tǒng)十分的重視。重視的角度雖熱不同,但最終的目的就是提高溫度采集報警系統(tǒng)的靈敏度,使之應用于各大消防隱患場所。在現(xiàn)代社會不斷開展的時代進程中,起初的消防設施不能廣泛應用于各個大型場所。因此才不斷追求靈敏度高、規(guī)模小型化、高可靠性、技術智能化的系統(tǒng)。網(wǎng)絡化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化是目前各個國家需要攻克的研究課題。為此,研究力度仍需不斷加大。2 溫度采集報警系統(tǒng)原理說明由于采用溫度傳感器DS18B20與AT89S51單片機相結(jié)合的測溫方式,因此要對兩者有一個簡單的了解,下面就其根本性能做下說明。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的
6、一種改良型的具有單總線接口的智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。DS18B20的性能如下。1單總線接口,僅需要一個引腳與單片機進行通信。2多個DS18B20均可掛在單總線上,實現(xiàn)多點測溫功能。3可通過數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍為3.0V5.5V。4溫度以9或12位的數(shù)字讀數(shù)方式。5用戶可定義報警設置。6報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度溫度報警條件的器件。7負電壓特性,電源極性接反時,溫度計不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。word.8DS18B20采用3引腳PR-35封裝或8引腳SOIC封裝。AT89
7、S51單片機的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。它把那些作為控制應用所必需的根本外圍部件都集成在一個集成電路芯片上。它具有如下外圍部件及特性:18位微處理器CPU;2數(shù)據(jù)存儲器128B RAM;3程序存儲器4KB Flash ROM;44個8位可編程并行I/O口P0口、P1口、P2口、P3口;51個全雙工的異步串行口;62個可編程的16位定時器/計數(shù)器;圖1 AT89S51單片機片內(nèi)結(jié)構(gòu)71個看門狗定時器;8中斷系統(tǒng)具有5個中斷源、5個中斷向量;9特殊功能存放器SFR26個;10低功耗模式有空閑模式和掉電模式,且具有掉電模式 下的中斷恢復模式;113個程序加密鎖定位; 與AT89C51比,AT89S
8、51更突出的優(yōu)點:1增加在線可編程功能ISPIn System Program,字節(jié)和頁編程,現(xiàn)場程序調(diào)試和修改更加方便靈活;2數(shù)據(jù)指針增加到兩個,方便了對片外RAM的訪問過程;3增加了看門狗定時器,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力;4增加斷電標志;word.5增加掉電狀態(tài)下的中斷恢復模式;片內(nèi)的各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成見圖1,根本結(jié)構(gòu)依舊是CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)微機結(jié)構(gòu)。CPU對各種功能部件的控制是采用特殊功能存放器SFR,Special Function Register的集中控制方式。單片機通過模擬口采集得到的傳感器輸出的電壓,通過設置的參數(shù)電壓就可以得到傳感器的輸入電壓,再通過溫度
9、與電壓轉(zhuǎn)換等式就可以得到溫度參數(shù),將得到的溫度參數(shù)進行分析后進行相應的處理,顯示溫度數(shù)據(jù)或者是驅(qū)動蜂鳴器報警,AT89S51芯片內(nèi)集成了A/D轉(zhuǎn)換通道,這樣就可以直接將單片機的A/D輸入通道與傳感器的模擬電壓輸出通道相連接,系統(tǒng)可以通過鍵盤來完成對報警溫度的上限和下限的設置,再通過顯示電路將數(shù)據(jù)顯示出來,當溫度超過所設置的最大溫度或最小溫度時,系統(tǒng)通過驅(qū)動蜂鳴器進行報警。因此采用AT89S51芯片與溫度傳感器DS18B20相結(jié)合的方式實現(xiàn)溫度報警系統(tǒng)的研究。3 硬件設計3.1 總體方案設計溫度采集報警系統(tǒng)主要由電源電路、復位電路、鍵盤、溫度采集電路、顯示電路、報警電路、CPU處理AT89S51
10、等組成,整個系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。CPU 處理AT89S51電源電路 復位電路鍵 盤 溫度采集電路報警電路顯示電路圖 2:系統(tǒng)電路的總體設計框圖3.2 主要模塊設計 3.2.1 晶振電路瓷片電容C1、C2是用來驅(qū)動晶振Y1的,因為晶振的大小是16M,所以選用30pF的電容,如下列圖3所示。word.圖 3 晶振電路 3.2.2 復位電路 復位電路選用了30pF的電解電容和1K的電阻,如下列圖4所示。 圖4 復位電路 3.2.3 按鍵操作電路電路圖如下列圖5所示: 圖5 按鍵操作電路按鍵SET用來進行溫度值的設置;BACK鍵用于返回上一層次的步驟;INC鍵用于調(diào)整word.數(shù)字的值,每按一次
11、加一,數(shù)值加一;MOVE鍵用于顯示屏上光標的移動。 3.2.4 顯示電路顯示采用16*4字符LCD,如下列圖6所示: 圖6 顯示電路 3.2.5 報警電路采用蜂鳴器出聲、發(fā)光二極管閃爍的方式進行報警。如下列圖7所示: 圖7 報警電路三極管 NPN 采用 9013 是作為蜂鳴器的驅(qū)動的作用的,R7、R8 作為限流電阻使用。 3.2.6 溫度傳感器選擇 采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。DS18B20 為數(shù)字式溫度傳感器,無需其他外加電路,直接輸出數(shù)字量??芍苯优c單片機通信,讀取測溫數(shù)據(jù),電路簡單。DS18B20 能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的word.數(shù)
12、字值讀數(shù)方式。并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線單線接口讀寫,因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單,可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面帶來了令人滿意的效果?;诂F(xiàn)有器件所限,溫度采集模塊采用 DS18B20 溫度傳感器效果更好。 3.2.7 實現(xiàn)溫度采集報警系統(tǒng)的整體流程圖 圖8 溫度采集報警系統(tǒng)整體流程圖 word.4 軟件設計在本設計系統(tǒng)中,要求到達的目的是在溫度數(shù)值低于或超過設定的平安數(shù)值的情況下,系統(tǒng)自動報警的目的。要實現(xiàn)現(xiàn)實社會中溫度異常檢測與報警預警之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換,就需要溫度采集報警系統(tǒng)的全面應用。溫度采
13、集報警系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)微妙的溫度傷害差距對于生產(chǎn)生活影響的減弱,通過單片機等設施及時的通告給人類,以便于我們采取有利的措施。總之,該系統(tǒng)對于我們的生產(chǎn)生活有很大的影響。4.1 溫度采集傳感系統(tǒng)的任務 溫度采集傳感系統(tǒng)的任務就是運用溫度傳感器將超出或低于設定溫度的溫度狀態(tài)報告給上一級,通過單片機的 CPU 處理系統(tǒng),實現(xiàn)即時的報警預警,以減少國家及人民的財產(chǎn)平安。4.2 Proteus 的界面實現(xiàn)下列圖 9 為其根本界面: 圖 9 Proteus 界面翻開 Proteus 軟件,將圖中標號為 P 的小格選中,將會出現(xiàn)一個如下列圖 10 的界面。在界面中的 Keywords 中輸入要找的元器件
14、,然后點擊 OK 就會出現(xiàn)在圖 9 中的界面中,按照此方法找到我們所需要的所有器件,之后在開始的界面中繪制所需原理圖。繪制好之后,將在 Keil Vision4 中生成的.hex 文件導入到繪制好的原理圖中。最后,進行調(diào)試與檢測。word. 圖 10 元件快速查找界面 4.3 在 Keil Vision4 平臺下進行編程如圖 11 為 Keil Vision4 運行界面。在編寫一個新的應用程序前,一定先要建立工程。下面首先介紹如何建立一個新的工程。word.在編輯界面下,首先要建立一個點擊“Project菜單,選擇下拉式菜單中的“New Project,彈出文件對話窗口,選擇要保存的路徑,在“
15、文件名中輸入一個程序工程名稱,保存后的文件擴展名為“.uv2,這是 Keil Vision4 工程文件的擴展名,以后可直接點擊此文件就可翻開先前做的工程。點擊“保存后,這是會彈出一個對話框,要求選擇單片機的型號,用戶可根據(jù)所使用的單片機來選擇。Keil Vision4 支持幾乎所有的 51 內(nèi)核單片機。 然后編寫第一個程序。點擊“File菜單,單擊“New 。這時,用戶可輸入代碼。輸入完畢,單擊菜單上的“File,在下拉菜單中單擊“Save As,在“文件名欄的編輯框中,鍵入文件名,同時,必須鍵入正確的擴展名.C 或.ASM),然后,單擊“保存按鈕。上述工作完成后,還有有關工程的設置,程序的編
16、譯,鏈接,調(diào)試。這些內(nèi)容,可按照 Keil Vision4 開發(fā)環(huán)境的幫助功能。 5 系統(tǒng)調(diào)試與實驗本設計完成了一個溫度采集報警系統(tǒng),系統(tǒng)的硬件組成主要有:計算機,USB 轉(zhuǎn)串口,STC12 系列單片機,驅(qū)動電路,傳感器等。本次系統(tǒng)的調(diào)試程序采用的是 C 語言進行編程的,經(jīng)屢次的實驗以及調(diào)試,最終結(jié)果還是較好的,下列圖 12 為本次系統(tǒng)實驗研究原理圖。 圖 12 系統(tǒng)原理圖word.通過改變溫度,研究溫度采集報警系統(tǒng)的情況如下:圖 1316 圖 13 溫度超過設定平安溫度,燈閃爍蜂鳴器鳴響 圖 14 溫度恰在設定臨界處,燈不閃蜂鳴器不響 圖 15 溫度低于設定平安溫度,燈閃爍蜂鳴器鳴響 圖 1
17、6 溫度處于設定平安溫度之間,燈不閃蜂鳴器不響由以上調(diào)試分析,驗證該溫度采集報警系統(tǒng)符合設計要求。word.6 總結(jié)這次的課程設計是我自己第一次設計的一個系統(tǒng),前期的方案選取與材料的查找,原理圖的繪制及調(diào)試,程序的編寫和 Proteus 仿真等等,使我對之前的理論知識有了較好的穩(wěn)固,同時也提高了自己的動手能力與實際學習能力,但是在學習中我也發(fā)現(xiàn)自己在理論知識方面存在很多缺乏,比方說,對單片機的中斷控制系統(tǒng)的掌握還不夠,和對LCD 的菜單界面編程能力缺乏。所以在今后,我將更加努力地學習,提高自己的專業(yè)水平和課程設計的能力,為以后更好的做相關的工作而積累經(jīng)驗。word.7 參考文獻1 袁昌立. 基
18、于網(wǎng)絡架構(gòu)的智能火災報警系統(tǒng)設計.微計算機信息,2007,1-1: 215-216.2 樓然苗,李光飛. 51 系列單片機設計實例M.北京航空航天大學版社.3 孫煥銘,趙成會,王金.51 單片機 C 程序應用實例詳解M.北京:北京航空航天大學出版社,2022.4 胡漢才,單片機原理及其接口技術M.北京:清華大學出版社,1996.5 趙建領,弓雷.51 系列單片機開發(fā)寶典 2 版M.北京:電子工業(yè)出版社,2012.6 李勇.一個多串口多線程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn).微計算機.word.8 附錄主程序:#include#include#define uchar unsigned char#de
19、fine uint unsigned int#define IO P0sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit E=P22;void check_busy(void);void write_cmd(uchar com);void write_data(uchar dat);void LCD_init(void);void write_str(uchar x ,uchar y,uchar *s);void lcd_test(void);void delay(uint); /1ms 延時程序void delay(uint j)uchar i;for(;j0;j-) for(i=0;
20、i0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0 x80; delay_18B20(4); return(dat);/*ds18b20 寫一個字節(jié)*/ void WriteOneChar(uchar dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0 x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat=1; word./*讀取 ds18b20 當前溫度*/void ReadTemp(void)unsigned char a=0;unsigne
21、d char b=0;unsigned char t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0 xCC); / 跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0 x44); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換delay_18B20(100); / this message is wery importantInit_DS18B20();WriteOneChar(0 xCC); /跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0 xBE); /讀取溫度存放器等共可讀 9 個存放器 前兩個就是溫度delay_18B20(100);a=ReadOneChar(); /讀取溫度值低位b=ReadO
22、neChar(); /讀取溫度值高位temp_value=b4; /溫度整數(shù)局部 temp_dot=a&0 x0f; /溫度小數(shù)局部 void temp_to_1602() /溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符顯示 ReadTemp(); Temp0=temp_value/10+0; /十位 Temp1=temp_value%10+0; /個位 Temp2=.; Temp3=temp_dot*0.625+0; Temp4=0 xdf; Temp5=0;#endifword.sbit KEY_SET=P10;sbit KEY_BACK=P11;sbit KEY_INC= P12;sbit KEY_MOVE=
23、P13;sbit ALART=P14;sbit SHK=P15;bit SET_FLAG =0; /SET flag,when flag 1 is on SET modebit OVER_FLAG=0;uchar;CURRENT_MENU=0;uchar code MESSAGE24=NO ,YES;uchar code MENU1=* Welcome *;uchar code MENU2=* SET MODER *;uchar code MENU3220=* Set sucess! *,You set is illeage;uchar code WARING=WARING:;uchar co
24、de TEM=TEMP:;uchar code SET=-SET;uchar code BACK=-BACK;uchar code HIGHS=HIGHT:;uchar code LOWS = LOW :;uchar HIGHT=40,LOW=10;uchar move,base;uchar dis_temp6;bit MENU_FLAG3;void delay_100us(uchar x) uchar y; while(x-) for(y=0;y100;y+); void buzzer() ALART=0; delay_100us(4);word. ALART=1; delay_100us(
25、4);void light() uchar i; for(i=0;i20;i+) buzzer(); SHK=0; for(i=0;i20;i+) buzzer(); SHK=1; void disslove() dis_temp0=HIGHT/100; dis_temp1=HIGHT/10%10; dis_temp2=HIGHT%10; dis_temp3=LOW/100; dis_temp4=LOW/10%10; dis_temp5=LOW%10;void assemble() HIGHT=dis_temp0*100+dis_temp1*10+dis_temp2; LOW=dis_temp
26、3*100+dis_temp4*10+dis_temp5;void key_scan() uchar tem,adjust; if(KEY_BACK=0) word. delay_100us(140); if(KEY_BACK=0) LCD_init(); move=0; if(CURRENT_MENU!=0) CURRENT_MENU-=1; if(CURRENT_MENU=2) SET_FLAG=1; else SET_FLAG=0; while(!KEY_BACK); if(KEY_SET=0) delay_100us(140); if(KEY_SET=0) LCD_init();SET_FLAG=0;move=0;if(C
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