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文檔簡介

第一章緒論1.1課題研究背景及現(xiàn)狀溫度在人類的發(fā)展過程中扮演著重要的角色,無論我們生活的哪個(gè)方面都與溫度息息相關(guān)相關(guān)。2020年5月7號(hào)涼山的火災(zāi)奪去了30位消防員,還有電源烈火英雄中的燃油爆炸,這些事情歷歷在目。現(xiàn)在很多工業(yè)也知道了溫度對(duì)企業(yè)的重要性,很多企業(yè)都開始使用溫度報(bào)警系統(tǒng)來預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。所以溫度的檢測(cè)與報(bào)警對(duì)我們來說是至關(guān)重要的。1.2論文結(jié)構(gòu)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)、傳感器等技術(shù),來實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)對(duì)于溫度的采集和報(bào)警。本系統(tǒng)包括溫度的檢測(cè)和溫度報(bào)警,并且還結(jié)合LED的顯示,通過按鍵來設(shè)置溫度的最大最小值,如果溫度超設(shè)置的最大最小值就會(huì)報(bào)警等功能。本文主要內(nèi)容包括三個(gè)部分:第一章為緒論。講述本次論文設(shè)計(jì)的背景和現(xiàn)狀,對(duì)于51單片機(jī)的溫度檢測(cè)與報(bào)警畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義和目的進(jìn)行闡述,同時(shí)讓大家更好的了解本次論文的時(shí)代背景。第二章則是畢業(yè)本次設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì),由于選擇好了適合本論文的元器件與組件,通過我們所學(xué)到的知識(shí)與網(wǎng)上的資料相結(jié)合對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)繪圖等工作。第三章為畢業(yè)本次設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì),根據(jù)所設(shè)計(jì)好的電路圖后,對(duì)照電路圖來進(jìn)行本次論文軟件部分代碼的編寫,首先我們要大致理解本次論文的程序的流程圖,然后我們?cè)谕ㄟ^自己所學(xué)單片機(jī)、C語言知識(shí)來進(jìn)行代碼的編寫。我們主要利用DS18B20來進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)信息的采集,最后我們將傳出到LED數(shù)碼管來進(jìn)行溫度的顯示。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1總體硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)硬件部分的設(shè)計(jì)主要有51單片機(jī)的設(shè)計(jì),單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)以及鍵盤電路的設(shè)置還有聲光報(bào)警電路報(bào)警設(shè)置,如下圖為本次設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)框圖。圖2-1系統(tǒng)框圖2.2電源電路設(shè)計(jì)本次電源電路設(shè)計(jì)我們對(duì)于電源的電壓需求不是特別的高,基本的5V電壓來進(jìn)行供電就可以完成本次設(shè)計(jì)的實(shí)施,所以我們這次就采用USB的電源數(shù)據(jù)線來進(jìn)行設(shè)計(jì)并供電。如下圖所示:P4就是我們電源的插口,2和3兩腳分別與地線相連接,而其中1腳則接到我們電源開關(guān)的控制腳,這樣我們就可以通過P3開關(guān)進(jìn)行控制電源,輸出到VCC為系統(tǒng)來進(jìn)行供電,所以VCC電壓的電壓就是5V。圖2-2所示,圖2-2電源接口及開關(guān)控制電路圖2.3溫度傳感器電路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是溫度的采集與報(bào)警,所以本次設(shè)計(jì)的功能有溫度的采集和當(dāng)溫度超過我們?cè)O(shè)置的最大最小值時(shí)候蜂鳴器就會(huì)報(bào)警,在設(shè)計(jì)過程中我們采用的是DS18B20傳感器來進(jìn)行溫度的采集。為什么采用DS18B20傳感器是因?yàn)樵搨鞲衅饔腥齻€(gè)引腳,而且該傳感器的電路設(shè)計(jì)相對(duì)于其他的傳感器來說比較簡單。而且此傳感器的工作電壓范圍在3.0V~5V之間正好在我們所需的電壓范圍之間,而且測(cè)量的溫度范圍在我們本次測(cè)量溫度的范圍當(dāng)中,并且準(zhǔn)確度達(dá)到了±0.5度左右,而且單片機(jī)的最低分辨率可達(dá)到0.0625攝氏度,可實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)溫。如圖2-3所示,圖2-3溫度傳感器的電路設(shè)計(jì)圖2.4聲光報(bào)警電路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì),選用的硬件有蜂鳴器發(fā)光二極管通過他們兩個(gè)相互連接來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的報(bào)警,當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的溫度大于或小于我們所設(shè)置的最大最小溫度時(shí),那么單片機(jī)就會(huì)控制聲光報(bào)警模塊來實(shí)現(xiàn)報(bào)警。我們通過電平的狀態(tài)來控制三極管的開關(guān),而三極管限流的電阻需要接到主單片機(jī)中的引腳,通過單片機(jī)的引腳輸出電平的高低進(jìn)行判斷并達(dá)到控制蜂鳴器。結(jié)果就是當(dāng)單片機(jī)的輸出電壓為低電平的時(shí)候,三極管電極就會(huì)被導(dǎo)通,那么蜂鳴器的正極就會(huì)正常通電,所以蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲響進(jìn)行報(bào)警并且LED也會(huì)隨之亮起;反之當(dāng)輸出電壓為高電平的時(shí)候,三極管電極就會(huì)處于斷開的狀態(tài),那么蜂鳴器中就沒有電壓從蜂鳴器中通過所以就不會(huì)發(fā)出聲響進(jìn)行報(bào)警,LED也會(huì)隨之熄滅。如圖2-4所示,圖2-4聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖2.5鍵盤電路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們采用了三個(gè)獨(dú)立式按鍵來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的最大值與最小值來進(jìn)行設(shè)定,三個(gè)按鍵分為設(shè)置鍵/退出鍵、加溫度鍵、減溫度鍵。設(shè)置鍵/退出鍵的主要功能是按下進(jìn)入設(shè)置界面和退出設(shè)置界面功能,設(shè)置加溫度鍵的主要功能是用來對(duì)溫度增加進(jìn)行設(shè)置,設(shè)置減溫鍵的主要是用來對(duì)溫度減少進(jìn)行設(shè)置。如圖2-5所示,圖2-5鍵盤電路設(shè)計(jì)圖第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上一章我們主要介紹了本此畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì),包括了各個(gè)模塊等。通過本章節(jié)根據(jù)電路的設(shè)計(jì)原理以及設(shè)計(jì)要求來寫出我們所需要的軟件程序及代碼,本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)功能具體如下:1、能讓設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中無毒的檢測(cè),并且精度達(dá)到0.5.℃;2、能夠讓實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警的最大值最小值顯示等;3、能夠通過按鍵來修改溫度的最大值與最小值,并具有保存掉電時(shí)候也不擦除功能;4、能夠?qū)崿F(xiàn)黨溫度超過最大最小是會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警;本此軟件設(shè)計(jì)我們是以C語言為基礎(chǔ),運(yùn)用Keil4進(jìn)行代碼的編程以及我們數(shù)據(jù)的獲取,在硬件上采用了STC89C為主控芯片,并結(jié)合溫度傳感器來進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì),最后通過LED數(shù)碼管數(shù)據(jù)的顯示。我們將硬件和軟件相結(jié)合起來,,最后達(dá)到實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)與報(bào)警的功能。本章通過系統(tǒng)軟件流程圖的介紹,主程序介紹。集合硬件寫出軟件程序。3.1系統(tǒng)軟件流程圖開開始初始化數(shù)碼管動(dòng)態(tài)刷新定時(shí)器0中斷溫度采集設(shè)置鍵按下?進(jìn)入上限值設(shè)定保存數(shù)據(jù)值溫度超限?聲光報(bào)警關(guān)閉報(bào)警結(jié)束是否是否3.2溫度采集程序設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們采用的是DS18B20作為本次溫度采集傳感器,它是一種“單總線”通信方式,在我們工作過程中有著嚴(yán)格的要求,在我們所使用的過程中必須要按照單總線的協(xié)議來實(shí)現(xiàn)軟件代碼的編寫。讀取溫度的主要步驟包括初始化、寫指令、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)等。在讀取DS18B20的時(shí)候,我們通電后首先會(huì)進(jìn)行檢測(cè),這就是我們論文初始化的過程,單片機(jī)對(duì)應(yīng)相對(duì)的引腳,當(dāng)輸出一個(gè)低電平到一個(gè)數(shù)據(jù)腳,會(huì)延時(shí)一段時(shí)間,在電阻上拉的作用下,而這個(gè)是一個(gè)下降沿脈沖的信號(hào),這樣DS18B20就會(huì)產(chǎn)生了復(fù)位。接下來就是釋放總線,在上拉電阻的作用下,使得數(shù)據(jù)被拉高的時(shí)候會(huì)延時(shí)一段時(shí)間,那么DS18B20就進(jìn)入到了接收的模式。然后再對(duì)

DS18B20

數(shù)據(jù)線拉低

到60

至240

微秒之間,用來產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖,這樣應(yīng)答脈沖就會(huì)產(chǎn)生了。如圖3-2所示:開始開始發(fā)送復(fù)位脈沖信號(hào)發(fā)送跳過ROM指令發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令讀取數(shù)據(jù)結(jié)束圖3-2溫度傳感器DS18B20程序流程圖3.3LED數(shù)碼管程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中利用四位數(shù)碼管來作為本次的顯示端,可以用來實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度,利用動(dòng)態(tài)刷新的方法掃描并顯示。具體掃描方式如下本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了定時(shí)器來進(jìn)行定時(shí)的動(dòng)態(tài)刷新,定時(shí)時(shí)間為2毫秒刷新一次,每隔2毫秒數(shù)碼管的片選就會(huì)自動(dòng)開始切換到下一段,依次循環(huán)。3開開始定時(shí)器0初始化數(shù)碼管段選賦值數(shù)碼管片選切換2毫秒實(shí)時(shí)顯示否是圖3-3數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示流程圖第四章系統(tǒng)調(diào)試通過系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與軟件的設(shè)計(jì)完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),而設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)后我們則需要對(duì)硬件和軟件分別進(jìn)行調(diào)試,畢業(yè)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的就是系統(tǒng)的測(cè)試,測(cè)試可以檢測(cè)本次設(shè)計(jì)的工作性能與穩(wěn)定性。本章通過硬件調(diào)試和軟件調(diào)試來分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,最終得到最后的測(cè)試結(jié)果。4.1硬件調(diào)試4.1.1硬件環(huán)境搭建本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用AltiumDesigner13設(shè)計(jì)出了電路板的線路圖。本次采用該軟件繪制出來整個(gè)系統(tǒng)的電路圖,以及PCB的圖,在設(shè)計(jì)過程中我們要注意以下幾點(diǎn):(1)線寬的規(guī)則:地線鋪路,電源線寬要大于信號(hào)線寬。(2)走線時(shí)候盡量避免直角走線,最好用45度轉(zhuǎn)角。(3)電源電路和信號(hào)電路盡量不要隔的太遠(yuǎn)。4.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要在KEIL的平臺(tái)上進(jìn)行軟件調(diào)試,通過對(duì)代碼的編譯來發(fā)現(xiàn)我們代碼當(dāng)中所存在的問題并對(duì)存在的問題進(jìn)行修改和調(diào)試。當(dāng)我們調(diào)試好的代碼編譯結(jié)果如圖4-2所示圖4-2編譯結(jié)果那么說明我們的代碼編寫正確。然后通過軟硬件的系統(tǒng)設(shè)計(jì),將最終編寫正確且調(diào)試過的程序代碼通過軟件下載到單片機(jī)當(dāng)中。4.3實(shí)物測(cè)試當(dāng)系統(tǒng)板開機(jī)正常運(yùn)行時(shí)候,等待1s左右數(shù)碼管會(huì)顯示當(dāng)時(shí)我們所采集到的溫度值并會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè),如圖上所示顯示的是38攝氏度。通過系統(tǒng)板右下方的設(shè)置按鍵進(jìn)入到設(shè)置界面,首先進(jìn)行最大值的設(shè)定界面進(jìn)行設(shè)置,然后我們?cè)俅伟聪略O(shè)定鍵,進(jìn)入到最小值的設(shè)定界面進(jìn)行設(shè)置。如下圖所示,進(jìn)入到該界面后就可以通過按鍵來修改最大最小值,如果超過我們所設(shè)置的最大最囂張值就會(huì)產(chǎn)生聲光報(bào)警。如圖4-3所示圖4-3致謝時(shí)光荏苒,大學(xué)的三年學(xué)習(xí)生活很快就要過去,在這三年的學(xué)習(xí)生活中,收獲了許多知知識(shí),而這些成績離不開我的朋友與老師的幫助。

在三年的學(xué)習(xí)期間還有很多的朋友對(duì)我的幫助很大讓我學(xué)會(huì)了更多,各個(gè)方面都有很大的提升,再次我想感謝那些幫助我的朋友老師,沒有他們幫助我將無法完成本次論文。首先,我要特別感謝我的指導(dǎo)老師郭菲對(duì)我的悉心指導(dǎo),在我寫論文的過程中能給我大量的幫助與指導(dǎo)解決問題所出現(xiàn)的問題。為我理清了論文的大綱與主旨方向并提出了有效的改進(jìn)方案。郭菲老師淵博的知識(shí)、認(rèn)真的作風(fēng)給我留下深刻的印象,從老師身上也學(xué)習(xí)到了很多東西,在這里再次向郭菲指導(dǎo)老師衷心的感謝。其次,要感謝大學(xué)三年和我一起走過的室友與朋友對(duì)我的關(guān)心與支持與他們?cè)谝黄饘W(xué)習(xí)、生活讓我的大學(xué)三年變得更加充實(shí),也留下了許多難忘的瞬間和回憶。最后,還要感謝我的父母對(duì)我的鼓勵(lì)與默默付出與無私奉獻(xiàn),如果沒有他們我也完成不了我這三年學(xué)業(yè),他們辛勤的努力也讓我更有奮斗的目標(biāo)。也感謝他們這十幾年的付出沒有他們努力付出,也沒有我這優(yōu)秀的學(xué)習(xí)條件。最后由衷的感謝所有幫助過我的朋友與老師。參考文獻(xiàn)[1]趙小蘭,胡征,王培坤,林曉歡,莊衍豎,黃維沛.多功能自行車碼表設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2013,(20):1-2.[2]孫寶元、楊寶清.傳感器及其應(yīng)用手冊(cè).北京.[3]

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IS61LVI2816

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附錄一實(shí)物圖

附錄二電路圖

附錄三元件清單元件標(biāo)號(hào)元件名型號(hào)數(shù)量K1、K2、K2、K4非自鎖按鍵非自鎖按鍵4C1電解電容10uF1C2、C3瓷片電容30pF2R1、

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