基于MCS-51單片機的溫度報警裝置的設(shè)計和開發(fā)

-PAGE12.z---..--總結(jié)資料目錄TOC\o"3-3"\h\z\u第1章系統(tǒng)總體設(shè)計方案21.1課題背景21.2溫度報警裝置的功能設(shè)計2第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計32.1單片機32.2溫度采集電路32.2.1DS18B20介紹32.2.2技術(shù)性能描述32.2.3應(yīng)用*圍32.2.4接線說明32.2.5DS18B20內(nèi)部構(gòu)造圖42.2.6DS18B20工作原理42.2.7DS18B20原理圖52.3報警控制62.3.1報警原理62.3.2三極管參數(shù)62.3.3報警電路設(shè)計62.4溫度顯示電路72.4.1LED數(shù)碼管驅(qū)動72.4.2溫度顯示工作原理73.1軟件設(shè)計思路83.2程序流程83.3程序內(nèi)容編寫9第4章結(jié)論15致謝15參考文獻16英文翻譯17附錄18基于MCS-51單片機的溫度報警裝置的設(shè)計與開發(fā)曾修平物理與電子信息學(xué)院電子信息工程專業(yè)07級指導(dǎo)教師：賴春紅摘要：設(shè)計了一個基于單片機控制的溫度控制器系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89S51單片機為主控制核心，實現(xiàn)溫度采集，傳輸。整個系統(tǒng)硬件局部包括溫度采樣電路，DS18B20轉(zhuǎn)換器，按鍵電路，驅(qū)動電路，7段譯碼器，LED數(shù)碼顯示器。在配合用C語言編制的程序使軟件實現(xiàn)，實現(xiàn)溫度溫控功能.關(guān)鍵詞：單片機；溫度控制；LED數(shù)碼顯示英文翻譯BasedonSCMairconditioning51-MCSintelligentthermostatdesignanddevelopmentCHENGHou-lin(PhysicsandElectronicEngineeringDept.ChongqingThreeGorgesUniversity,Wanzhou404000)ABSTRACTThiscontrolcircuitis8051single-chipprocessorcore.Theentiresystemhardwarepartsincludingtemperaturesamplingcircuit,ZiJiShiA/Dconvertercircuit,drivecircuit,buttons,sequentialcircuits,and8sectiondecoder,LEDdigitaldisplay.Incoordinationwithassemblylanguageprogramthatsoftware,airconditioningtemperatureofthebasicfunctionofintelligenttransformation.Thiscontrolcircuitcost,functionandpractical,simpleoperation,andhascertainpracticalvalue.Fromthreeaspects,firstlyisthedescriptionofthehardwarecircuit,Thenthesoftwaredesign,Finallyrealizingfunction.KEYWORDSThe8051microcontroller,temperaturecontrol,LEDdigitaldisplay第1章系統(tǒng)總體設(shè)計方案1.1課題背景電子技術(shù)的開展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，則單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的C51系列的單片機的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度，推動了工業(yè)生產(chǎn)，影響著人們的工作和學(xué)習(xí)。在現(xiàn)代社會中，溫度報警裝置不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也表到達了各個方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度報警裝置，溫度報警裝置將更好的效勞于社會.而今，數(shù)字溫度計等家用電器隨著生產(chǎn)技術(shù)的開展和生活水平的提高越來越普及，一個簡單，穩(wěn)定的溫度報警系統(tǒng)能更好的適應(yīng)市場。而本次設(shè)計就是要通過以MCS-51系列單片機為控制核心，實現(xiàn)溫度報警裝置的設(shè)計。1.2溫度報警裝置的功能設(shè)計通過溫度傳感器對空氣進展溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機，再由單片機控制數(shù)碼管顯示，并比擬采集溫度大于設(shè)定的報警溫度，假設(shè)大于設(shè)定的的報警溫度單片機就會驅(qū)動報警電路進展報警。溫度報警裝置主要單片機，時序電路，溫度采樣電路，報警電路，溫度顯示電路，電源輸入電路，驅(qū)動電路等組成。系統(tǒng)原理圖見圖1所示：數(shù)碼管7段譯碼器數(shù)碼管7段譯碼器STC89C527段譯碼器7段譯碼器數(shù)碼管數(shù)碼管報警電路驅(qū)動電路溫度采樣電路蜂鳴器圖1溫度報警控制系統(tǒng)框圖第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1單片機由于空調(diào)溫度控制器的核心就是單片機，單片機的選擇將直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的工作是否有效和協(xié)調(diào)。本設(shè)計采用MCS-51系列的STC89C52單片機，因為STC89C52單片機應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，性價比高。STC89C52包含了8位CPU，片內(nèi)振蕩器，8K字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM,2個16位定時器，計數(shù)器，中斷構(gòu)造，I/O接口等?？蛇M展計算，定時等一系列功能。2.2溫度采集電路2.2.1DS18B20介紹美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，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。2.2.2技術(shù)性能描述 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(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。測溫*圍－55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃。支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫。工作電源:3~5V/DC。在使用中不需要任何外圍元件，測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送。2.2.3應(yīng)用*圍 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域；軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫枯燥箱等。供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。2.2.4接線說明特點獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓*圍為3.0V至5.5V無需備用電源測量溫度*圍為-55°C至+125℃。華氏相當于是-67°F到257華氏度-10°C至+85°C*圍內(nèi)精度為±0.5°C溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置應(yīng)用*圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供9至12位〔可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到/從DS18B20通過1線接口，所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機器，并進展過程監(jiān)測和控制。2.2.5DS18B20內(nèi)部構(gòu)造圖 見圖2.1。圖2.1DS18B20內(nèi)部構(gòu)造圖2.2.6DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820一樣，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。DS18B20測溫原理如圖2.1所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度存放器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開場對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停頓溫度存放器值的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2.1中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。圖2.2DS18B20測溫原理圖2.2.7DS18B20原理圖要想使DS18B20進展準確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流到達1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進展多點測溫時，只靠10K上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因此，圖2.3電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。圖2.3DS18B20原理圖2.3報警控制2.3.1報警原理報警控制電路由IO口控制PNP三級管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響，當溫度大于20度是IO口將對PNP的基極產(chǎn)生一個低電平，此時PNP起開關(guān)作用閉合蜂鳴器發(fā)出聲響。三極管參數(shù)8550三極管引腳圖2.4，它一種常用的普通三極管。是一種低電壓,大電流,小信號的PNP型硅三極管集電極-基極電壓Vcbo：-40V，工作溫度：-55℃to+150℃，主要用途：開關(guān)應(yīng)用，射頻放大。圖2.3PNP8550管腳圖2.3.3報警電路設(shè)計 見圖2.4圖2.4報警裝置電路設(shè)計2.4溫度顯示電路2.4.1LED數(shù)碼管驅(qū)動8550驅(qū)動介紹：在驅(qū)動電路局部我使用了8位三極管作為數(shù)碼管的8個段選陽極輸入，單片機的IO口作為數(shù)碼管的陰極輸入，這樣設(shè)計的主要目的是單片機的IO口驅(qū)動力較低，而吸收電流的能力較強，所以利用這一特點實現(xiàn)使用三極管PNP實現(xiàn)大電流輸出，用IO接收回路電流。2.4.2溫度顯示工作原理溫度顯示電路如圖2.5所示：由8個8550三極管和1片七段四位數(shù)碼管組成，數(shù)碼管采用共陽級接法。8個三極管分別接BCD的a-h,段選信號由STC89C52的P2口提供，數(shù)碼管顯示位選由STC89C52的P1口的輸出決定。圖2.5顯示電路3.1軟件設(shè)計思路軟件設(shè)計的任務(wù)包括啟動溫度轉(zhuǎn)換、讀溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果、設(shè)置溫度、溫度比擬、報警等，其中啟動溫度轉(zhuǎn)換、讀溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果、判斷溫度等工作在主程序中完成，溫度控制在主函數(shù)程序中完成，即每隔一段時間比照測量溫度與設(shè)定溫度之間的大小關(guān)系，根據(jù)比照結(jié)果給出控制信號，控制是否發(fā)出聲音信號。3.2程序流程主程序流程圖如圖3.1所示。圖3.1主程序流程圖3.3程序內(nèi)容編寫//主函數(shù)voidmain(){ //t_變量 intt_=0; //等待溫度傳感器的初始值消失以免錯誤判斷 //tmp()函數(shù)返回值為實際溫度乘10的一個參數(shù) //800是80度初始化是會產(chǎn)生個85度參數(shù)while(tmp()>500) //溫度轉(zhuǎn)換 tmpchange(); //讀值 t_=tmp();do{ //溫度轉(zhuǎn)換 tmpchange(); t_=tmp(); //對溫度進展顯示 display(t_); //控制蜂鳴器報警 fengming(t_/10); //注意t_為溫度*10的參數(shù)}while(1);}//顯示局部ucharcodetable[]={ //數(shù)碼管位選0~30*fe,0*fd,0*fb,0*f7};ucharcodetable0[]={ //不帶小數(shù)點的0~90*88,0*db,0*94,0*91,0*c3,0*a1,0*a0,0*9b,0*80,0*81};ucharcodetable1[]={ //帶小數(shù)點的0~90*08,0*5b,0*14,0*11,0*43,0*21,0*20,0*1b,0,0*01};//參數(shù)聲明ucharnum1,num2,num3;//臨時變量用來存數(shù)的各個位置//LCD延時函數(shù)voiddelay0(uintz){uint*,y; for(*=z;*>0;*--) for(y=110;y>0;y--);}//顯示函數(shù)voiddisplay(uintdatad) {P0=table[0]; //位選為第一個數(shù)碼管if(flag==1) //判定為零下溫度{P2=0*f7;//為零下度數(shù)第一個數(shù)碼管顯示負號delay0(6);flag=0; P0=0*ff;}else{P2=0*88; //為零上時顯示0為標志位delay0(6); P0=0*ff;} P0=table[1]; //位選為第二個數(shù)碼管num1=datad/100; //別離出十位P2=table0[num1]; //顯示溫度的十位delay0(6);P2=0*ff;P0=table[2]; //位選為第三個數(shù)碼管num2=datad/10%10;//別離出個位P2=table1[num2]; //顯示溫度個位delay0(6);P2=0*ff;P0=table[3]; //位選為第四個數(shù)碼管num3=datad%10; //別離出小數(shù)點后一位P2=table0[num3]; //顯示小數(shù)點delay0(6);P2=0*ff;}//溫度讀取//發(fā)送初始化及復(fù)位信號voiddsreset(void){ //DS18B20初始化uinti;DS=0;i=103;while(i>0)i--;DS=1;i=4;while(i>0)i--;}//readabit讀一位bittmpreadbit(void){uinti;bitdat; //i++fordelay小延時一下DS=0;i++;DS=1;i++;i++;dat=DS;i=8;while(i>0)i--;return(dat);}//readabytedate讀一個字節(jié)uchartmpread(void){uchari,j,dat;dat=0;for(i=1;i<=8;i++){j=tmpreadbit(); //讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好 //一個字節(jié)在dat里dat=(j<<7)|(dat>>1);} //將一個字節(jié)數(shù)據(jù)返回return(dat);}//writeabytetods18b20//寫一個字節(jié)到DS18B20里voidtmpwritebyte(uchardat){uinti;ucharj;bittestb;for(j=1;j<=8;j++){testb=dat&0*01;dat=dat>>1;if(testb)//write1寫1局部{DS=0;i++;i++;DS=1;i=8;while(i>0)i--;}else{DS=0;//write0寫0局部i=8;while(i>0)i--;DS=1;i++;i++;}}}//DS18B20beginchange發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令voidtmpchange(void){dsreset();//初始化DS18B20delay(1);//延時tmpwritebyte(0*cc);//跳過序列號命令tmpwritebyte(0*44);//發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令}//getthetemperature獲得溫度uinttmp(){floattt;uchara,b;dsreset();delay(1); //發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令tmpwritebyte(0*cc);tmpwritebyte(0*be); //連續(xù)讀兩個字節(jié)數(shù)據(jù)a=tmpread();b=tmpread(); //twobyteposeaintvariable //兩字節(jié)合成一個整型變量。temp=b;temp<<=8;temp=temp|a; if(b==0*ff) { flag=1; temp=~temp+1; } //得到真實十進制溫度值，因為DS18B20 tt=temp*0.0625;//可以準確到0.0625度，所以讀回數(shù)據(jù)的最低位代表的是//0.0625度。 //放大十倍，這樣做的目的將小數(shù)點后第一位temp=tt*10+0.5;//也轉(zhuǎn)換為可顯示數(shù)字，同時進展一個四舍五入操作。 //返回溫度值returntemp;}//蜂鳴器控制voidfengming(inta){if(a>=20)buzzer=0;elsebuzzer=1;}總結(jié)本次設(shè)計主要采用的是STC89C52單片機，該單片機的穩(wěn)定性比擬好，編程簡單，功能易實現(xiàn)。還可以采用其它系列的單片機，比方AVR，EMC，PIC等單片機。經(jīng)過將近三周的單片機課程設(shè)計，終于完成了我的溫度報警的設(shè)計，雖然沒有完全到達設(shè)計要求，但從心底里說，還是快樂的，畢竟這次設(shè)計把實物都做了出來，快樂之余不得不深思呀！在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多，單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事。首先，在電路調(diào)試方面，在教師和同學(xué)的幫助和討論下，我先把每一個外圍電路的工作原理弄懂了，對它的工作電壓電流核實，然后我在實驗板上把實際的電路連接起來，加上實際的電源，一個一個的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)它確實能夠正常工作時在做下一步。在電路印制板設(shè)計方面：我設(shè)計的是用了兩個電路板來實現(xiàn)，一個是最小系統(tǒng)板，是在前期的學(xué)習(xí)中弄好的，為了不浪費資源，所以這次就用于設(shè)計中；一塊電機驅(qū)動板，利用三極管的導(dǎo)通截止來驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動。其中最值得提的就是我們考慮了電機在啟動時電流缺乏，會給傳感器造成影響，因此我們采用了電流較大的電源供電，用三端穩(wěn)壓芯片完成。使電路非常穩(wěn)定，在用PROTEL99制作印制板的時候，我考慮到了小車的實際情況，我做板就盡量小。使整個電路板作到了小巧玲瓏，但是線路卻有些細了，只有0.8mm，制作工藝也不行，容易出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，因此這個地方還需要改良。在程序調(diào)試方面也遇到各種問題，單獨調(diào)試每個模塊程序時能正常工作，但把它們組合連在一起的時候有的模塊就不正常工作。這也是我們設(shè)計中需要改良的。然而本設(shè)計仍然存在不少不完善和有待改良的地方，因此在今后的各種設(shè)計中，都會繼續(xù)考慮這些問題并力圖解決。致謝在本論文的完成過程中，首先要感謝我的指導(dǎo)教師賴春紅教師，在她的悉心指導(dǎo)和無微不至幫助下，才能順利完成這次設(shè)計。賴教師為論文的課題研究提供了很多指導(dǎo)性意見，對論文的撰寫，修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。在此，學(xué)生衷心表示感謝：“教師，您辛苦了！〞此外還要感謝我的同學(xué)和寢室兄弟們，是他們在我生活和學(xué)習(xí)上給予了很多無私的幫助，值此時機，我向你們說聲謝謝！此外，就要感謝評閱教師對本論文進展的認真評閱和批評指正。最后，向所有給予我關(guān)心和幫助的師長和同學(xué)們表示衷心的感謝！參考文獻[1]何立民.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].：清