基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)畢業(yè)論文（本科生）中文標(biāo)題基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)英文標(biāo)題DesignoftemperaturemonitoringrecordingsystermbasedonMCU學(xué)生姓名指導(dǎo)教師學(xué)院專業(yè)年級(jí)蘭州大學(xué)教務(wù)處目錄摘要 1Abstract 21 前言 31.1研究背景 31.2研究現(xiàn)狀 31.3本文研究?jī)?nèi)容及流程圖 31.4畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的硬件及軟件工具 51.5實(shí)驗(yàn)成果展示 52 AT89S52單片機(jī) 73 溫度采集模塊 93.1溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介 93.2DS18B20時(shí)序 103.3DS18B20電路 114 計(jì)時(shí)模塊 124.1DS1302簡(jiǎn)介 124.2實(shí)驗(yàn)中DS1302的讀寫(xiě)地址 124.3DS1302電路 135顯示模塊 135.1LCD1602簡(jiǎn)介 135.2LCD1602時(shí)序 145.3顯示效果展示 155.41602閃爍報(bào)警 156串口通信及人機(jī)界面 167報(bào)警模塊 177.1蜂鳴器報(bào)警 177.2液晶顯示屏報(bào)警 188實(shí)驗(yàn)總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20PAGE20摘要在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，溫度是最普遍、重要的參數(shù)之一。溫度的變化會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與我們的生活息息相關(guān)。本文以AT89S52為核心，組成一個(gè)包括溫度采集、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警系統(tǒng)、液晶顯示和人機(jī)界面等子系統(tǒng)的溫度監(jiān)視記錄系統(tǒng)，其中以數(shù)字溫度傳感器DS18B20為數(shù)據(jù)采集端，DS1302為時(shí)鐘芯片，采用LCD1602實(shí)時(shí)顯示時(shí)間與溫度信息、采用蜂鳴器及液晶顯示屏閃爍進(jìn)行報(bào)警，并且通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、制表以及生成溫度變化曲線。實(shí)驗(yàn)表明，采用AT89S52控制的溫度監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快，精度高等優(yōu)點(diǎn)。人機(jī)交互界面有利于記錄溫度數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)溫度變化的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：溫度采集；單片機(jī)；報(bào)警；人機(jī)界面；DS18B20AbstractInmodernindustrialproductionandscientificexperiment,thetemperatureisthemostcommonandimportantparameters.

Temperaturewilldirectlyaffecttheproductqualityandresults,andourlives.

AT89S52,asthecoreofthissysterm,includestheacquisitionformationoftemperature,dataprocessing,alarmsystem,LCDdisplayandhuman-machineinterfaceandothersubsystems,inwhichtheacquisitionformationofatemperatureuseofDS18B20,DS1302isatimingchip,

LCD1602displaytimeandtemperatureinformationinrealtime,thebuzzerandLCD1602alarmwhentemperatureisoutofrange,dataloggingviatheserialport,temperaturecurvesisdrawed,finally.

ExperimentsshowthatAT89S52controlledtemperaturemonitoringandrecordingsystemwithfastresponse,highprecision.

Man-machineinterfaceisconducivetorecordtemperaturedataandpredicttemperatureachieved.

Keywords:Temperaturecollecting;MCU;Alarm;Man-machineinterface;DS18B20前言1.1研究背景溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中，溫度監(jiān)測(cè)占有著極為重要的地位。特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。單片機(jī)AT89S52是ATMEL公司所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能8位微控制器，具備8K片上可編程Flsah存儲(chǔ)器。AT89S52具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、功能簡(jiǎn)單、功耗小、體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，適合低成本的電氣控制。1.2研究現(xiàn)狀溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科研以及日常生活中占有重要的地位。溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為人類(lèi)供熱、取暖的主要設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供溫度數(shù)據(jù)來(lái)源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百多年的歷史。期間，從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)溫度控制精度的要求的不斷提高，溫度測(cè)控系統(tǒng)的控制得到迅速的發(fā)展。當(dāng)前比較流行的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有基于PLC的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(如西門(mén)子S7-200)，基于工控制（IPC）的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，集散型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（DCS）（如科遠(yuǎn)NT6000），現(xiàn)場(chǎng)總線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（FCS）等。本文設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的溫度監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)，采用單片機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)具有反應(yīng)快，功耗小，價(jià)格便宜，電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。1.3本文研究?jī)?nèi)容及流程圖本文介紹以單片機(jī)AT89S52為核心，主要以溫度數(shù)據(jù)測(cè)試記錄為主的系統(tǒng)。系統(tǒng)流程圖：圖1系統(tǒng)流程系統(tǒng)模塊圖：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89單片機(jī)AT89S52溫度采集時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)顯示通信模塊報(bào)警模塊人機(jī)界面圖2系統(tǒng)模塊系統(tǒng)以AT89S52為核心通過(guò)溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，采用時(shí)鐘芯片DS1302實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，采用LCD1602顯示實(shí)時(shí)時(shí)間和溫度信息，通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和PC機(jī)通信進(jìn)行時(shí)間調(diào)整、時(shí)間溫度數(shù)據(jù)記錄的功能，采用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)溫度越界的報(bào)警功能。1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的硬件及軟件工具畢業(yè)設(shè)計(jì)中硬件：AT89S52開(kāi)發(fā)板LCD1602液晶顯示器DS18B20溫度傳感器DS1302計(jì)時(shí)芯片有源蜂鳴器無(wú)源蜂鳴器NE555定時(shí)器三極管電阻等畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的軟件：KeiluVision3AVR_fighter.exeUartAssist_3.6.exe1.5實(shí)驗(yàn)成果展示實(shí)驗(yàn)硬件展示圖3硬件展示設(shè)計(jì)是以上海浩豚電子科技有限公司提供的Mini80開(kāi)發(fā)板為基礎(chǔ)進(jìn)行的。Mini80開(kāi)發(fā)板集數(shù)碼管、矩陣按鍵、發(fā)光二極管、RS232通信接口、紅外接收頭、遙控器紅外發(fā)射管、喇叭、單色點(diǎn)陣、DS18B20接口、USB供電、4相步進(jìn)電機(jī)、DS1302時(shí)鐘芯片、標(biāo)準(zhǔn)1602液晶接口，標(biāo)準(zhǔn)12864液晶接口等功能與一體。集合了常用原件與接口，適合單片機(jī)的學(xué)習(xí)與開(kāi)發(fā)。實(shí)驗(yàn)溫度數(shù)據(jù)曲線圖4溫度曲線實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用Excel表格功能進(jìn)行溫度曲線的繪制。AT89S52單片機(jī)AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S52為ATMEL所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲(chǔ)器。AT89S52引腳圖：圖5AT8952引腳AT89S52引腳一共40個(gè)，其中包括VCC、GND、XTAL1、XTAL2、RST、VPP、ALE、PSEN及三個(gè)八位數(shù)據(jù)端口。AT89S52主要功能：1、擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash2、晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz）3、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）為8KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為256字節(jié)5、8個(gè)中斷向量源6、32個(gè)可編程I/O口線7、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器9、全雙工UART串行通道單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹圖6單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中晶振取11.0592溫度采集模塊3.1溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20具有超小的體積，硬件開(kāi)銷(xiāo)低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得DS18B20很受歡迎。DS18B20實(shí)物圖圖7DS18B20管腳圖DS18B20主要特征1.全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出2.先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信3.最高12位分辨率，精度可達(dá)0.5攝氏度4.12位分辨率時(shí)最大工作周期為750毫秒5.可選擇寄生工作方式6.檢測(cè)溫度范圍為-55℃7.內(nèi)置EEPROM及限溫報(bào)警功能8.64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接9.多樣封裝形式，適合不同硬件系統(tǒng)3.2DS18B20時(shí)序DS18B20初始化時(shí)序初始化時(shí)序包括一個(gè)主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖以及從機(jī)的應(yīng)答脈沖，這一過(guò)程如下圖所示，復(fù)位脈沖是一個(gè)480us至960us的低電平，然后釋放總線拉直高電平，時(shí)間持續(xù)15us至60us之后，從機(jī)開(kāi)始向總線發(fā)出一個(gè)應(yīng)答脈沖，該脈沖是一個(gè)60us至240us的低電平信號(hào)，表示從機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好。在初始化過(guò)程中，主機(jī)接收脈沖的時(shí)間最少是480us。圖8DS18B20初始化時(shí)序DS18B20寫(xiě)時(shí)序DS18B20的寫(xiě)時(shí)序如下圖所示，分別寫(xiě)0和寫(xiě)1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程，主機(jī)把單總線從高電平拉到低電平時(shí)，表示一個(gè)寫(xiě)周期的開(kāi)始。當(dāng)要寫(xiě)0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20在15us至45us之間能夠正確的采樣總線上的低電平；當(dāng)要寫(xiě)1時(shí)，單總線被拉低以后在15us之內(nèi)就得釋放單總線，將總線拉為高電平。除此之外，兩個(gè)寫(xiě)周期之間至少要有1us的恢復(fù)時(shí)間。圖9DS18B20寫(xiě)時(shí)序3.3DS18B20電路DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容，在信號(hào)線處于低電平時(shí)消耗電容中的電能進(jìn)行工作，直到高電平給寄生電源充電。DS18B20獨(dú)特的寄生供電模式有三個(gè)好處：可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量溫度，無(wú)需本地電源電路簡(jiǎn)潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀取ROM寄生電路只能適合單點(diǎn)溫度的測(cè)量，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)溫度的測(cè)量時(shí)，只靠4.7K的上拉電阻無(wú)法提供足夠的能量。本實(shí)驗(yàn)中是單點(diǎn)溫度測(cè)量，可以運(yùn)用寄生電源供電模式,連接電路：圖10DS18B20寄生電源供電電路計(jì)時(shí)模塊4.1DS1302簡(jiǎn)介DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬2.5~5.5V。時(shí)鐘可工作在24小時(shí)格式或12小時(shí)（AM/PM）格式。DS1302與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接?？刹捎靡淮蝹魉鸵粋€(gè)字節(jié)方式或突發(fā)一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的功能。4.2實(shí)驗(yàn)中DS1302的讀寫(xiě)地址1302的寫(xiě)地址：codeunsignedcharwrite_rtc_address[7]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c};數(shù)據(jù)依次是秒、分、時(shí)、日、月、周年用于接收串口發(fā)送的時(shí)間數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)功能。1302的讀地址：codeunsignedcharread_rtc_address[7]={0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8b,0x8d};數(shù)據(jù)依次是秒、分、時(shí)、日、月、周年數(shù)據(jù)送入1602LCD進(jìn)行顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。4.3DS1302電路DS1302與AT89S52連接需要三根線：即SCLK、I/O和RST。連接電路：圖11DS1302電路5顯示模塊試驗(yàn)中采用LCD1602進(jìn)行顯示。5.1LCD1602簡(jiǎn)介液晶顯示器LCD1602以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。圖12LCD1602管腳圖1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線，多出來(lái)的兩條是背光電源線。1602LCD的主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：16×2個(gè)字符芯片工作電壓：4.5V~5.5V工作電流：2.0mA（5.0V）模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35（W×H）nm5.2LCD1602時(shí)序顯示模塊設(shè)置（初始化）：00111000[0x38]設(shè)置16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開(kāi)關(guān)及光標(biāo)設(shè)置（初始化）：00001DCBD顯示（1有效）、C光標(biāo)顯示（1有效）、B光標(biāo)閃爍（1有效）000001NSN=1（讀或者寫(xiě)一個(gè)字符后地址指針加1并且光標(biāo)加1）N=0（讀或者寫(xiě)一個(gè)字符后地址指針減1并且光標(biāo)減1）S=1且N=1（當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符后，整屏顯示左移）S=0當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符后，整屏顯示不移動(dòng)數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼（0-27H，40-67H）其他設(shè)置：01H（顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0）；02H（顯示回車(chē)，數(shù)據(jù)指針=0）通常推薦的初始化過(guò)程：延時(shí)15ms寫(xiě)指令38H延時(shí)5ms寫(xiě)指令38H延時(shí)5ms寫(xiě)指令38H延時(shí)5ms寫(xiě)指令38H寫(xiě)指令08H關(guān)閉顯示寫(xiě)指令01H顯示清屏寫(xiě)指令06H光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫(xiě)指令0CH顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置完畢5.3顯示效果展示圖13LCD1602液晶顯示效果第一行顯示日期，第二行顯示時(shí)分秒及溫度數(shù)值。5.41602閃爍報(bào)警試驗(yàn)中當(dāng)溫度超過(guò)上限或低于溫度下限時(shí)，設(shè)置1602閃爍進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警時(shí)顯示"ExceededLimit!"并且屏幕閃爍。while(ALARM_on==0xFF) { v_TemperatureUpdate_f(); ALARM=0; LCD_write_str(0,0,"ExceededLimit!"); i=4; n=7;p=Temperature; while(n--) { LCD_write_char(i,1,*p); i++; p++; } delay_ms(250); LCD_clear(); delay_ms(100); } 6串口通信及人機(jī)界面本文采用串口調(diào)試助手UartAssist進(jìn)行串口通信。圖14串口調(diào)試助手UartAssist可以選擇數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)向文件，直接生成多種文件形式如文本文檔、Execl文檔形式等。本文生成Excel表格直接進(jìn)行數(shù)據(jù)填充，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。UartAssist可以向單片機(jī)發(fā)送時(shí)間以更改1302的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)功能。7報(bào)警模塊7.1蜂鳴器報(bào)警蜂鳴器說(shuō)明蜂鳴器具有體積小、重量輕、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)牢靠等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種需要發(fā)聲的電器設(shè)備、電子制作和單片機(jī)等電路中。蜂鳴器分有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器。本文根據(jù)采用兩種進(jìn)行設(shè)計(jì)分別做報(bào)警電路。有源蜂鳴器：輸入信號(hào)為直流電。無(wú)源蜂鳴器：因?yàn)?/p>