基于单片机的温度报警器的设计理工类毕业设计

毕 业 论 文（设计）题 目： 基于单片机的温度报警器的设计 姓 名： 学 院： 理学与信息科学学院 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 2006.01 学 号： 20063973 指导教师： 22010 年 6 月 13 日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日1目录摘要 .1Abstract.11 引言 .11.1 课题背景 .11.2 研究内容和意义 .22 芯片介绍 .32.1 DS18B20 概述 .32.1.1 DS18B20 封装形式及引脚功能 .32.1.2 DS18B20 内部结构 .42.1.3 DS18B20 供电方式 .62.1.4 DS18B20 的测温原理 .72.1.5 DS18B20 的 ROM 命令 .82.2 AT89C51 概述 .92.2.1 单片机 AT89C51 介绍 .92.2.2 功能特性概述 .102.2.3 空间节电模式： .132.3 74LS245 概述 .143 系统硬件设计 .163.1 温度控制系统的整体设计 .163.2 温度控制系统的基本组成 .163.2.1 系统电路图 .173.3 温度报警器器的整体设计 .173.4 温度报警器的基本组成 .183.4.1 晶振电路 .183.4.2 复位电路 .183.4.3 温度报警电路 .193.5 控制说明 .194 系统 软件设计 .204.1 系统主程序流程图 .204.2 温度采集模块 .214.2 温度显示 .225 系统调试与结果 .236 总结 .27致谢 .28参考文献 .29附录 A 温度报警器部分程序 .301基于单片机的温度报警器的设计电子信息科学与技术 指导教师 摘要： 在工业生产过程中，人们需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。因为单片机具有低功耗、高性能、可靠性好、易于产品化等特点，因此采用单片机对温度进行控制不仅控制方便、简单和灵活，而且可以提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。本论文设计了一种基于单片机的温度报警器。控制器采用单片机 AT89C51，数字式检测部分采用 DS18B20 数字温度传感器，LED 数码管作为显示器，综合运用了微机原理、自动控制原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识。设计过程中，首先进行硬件的设计，其次进行软件设计，最后仿真和综合调试，最终使得此系统实现了温度的采集、显示和报警设计。关键词：MCS-51 单片机；温度传感器；温度报警1The Design of Temperature Alarm Based on Single-chip Microcomputer Electronic information science and technology wanglixinTutor chexiaoyanAbstract：In industrial production process, people need to detect and control all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactors and boiler temperature. MCU has the advantages of the low power consumption, good reliability, easy to product and so on ,thus MCU control of temperature is not only convenient, simple and agile, but also can improve the technical indexes accused of temperature, which can greatly improve the quality of the products. This paper designs an temperature alarm based on single-chip microcomputer controller adopts single-chip AT89C51, digital testing part USES digital temperature sensor DS18B20, monitor uses LED digital. The design Comprehensively use as a microcomputer principle, automatic control theory, analog electronic technology, digital control technology, and the keyboard display technology of many aspects. In the process of design, hardware was the first and then the software, the simulation and integrated debugging was the last, at the end of the design ,temperature of the acquisition, display and alarm design were finished.Key words：MCS-51 ； Temperature Sensor；Temperature Alarm11 引言1.1 课题背景温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金、机械、食品、化工各类工业生产中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的温度处理要求严格控制。随着科学技术的发展，要求温度测量的范围向深度和广度发展，以满足工业生产和科学技术的要求。基于 AT89C51 单片机提高了系统的可移植性、扩展性，利于现代测控、自动化、电气技术等专业实训要求。以单片机为核心设计的温度报警器，具有安全可靠、操作简单方便、智能控制等优点。温度对于工业生产如此重要，由此推进了温度传感器的发展。温度传感器主要经过了三个发展阶段 1：（1）模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135 等；（2）模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有 LM56、AD22105 和 MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如 TC652/653)中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；（3）智能温度传感器 (亦称数字温度传感器)。智能温度传感器是在 20 世纪 90 年代中期问世的，其内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。2现代信息技术的三大基础是信息采集 2（即传感器技术） 、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术） 。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。数字温度传感器可以直接将被检测的温度信息以数字化形式输出，与传统的模拟式温度传感器相比，具有测量精度高、功耗低、稳定性好、外围接口电路简单特点。而单片机微处理器越来越丰富的外围功能模块，更加方便了数字式温度传感器输出信号的处理。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D 转化器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央处理器（CPU） 、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM） 。并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。进入 21 世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片机测温系统等的方向发展。数字化温度传感器可以直接将温度量以数字脉冲信号形式输出，具有测量精度高、抗干扰能力强、传输距离远、外围接口电路简单等诸多优点。同时数字温度传感器还可直接与微处理器进行接口，大大方便了传感器输出信号的处理.数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件，它集温度测量，A/D 转换于一体，具有单总线结构，数字量输出，直接与微机接口等优点。1.2 研究内容和意义本温度报警器以 AT89C51 单片机为控制核心,由一数字温度传感器 DS18B20测量被控温度，结合 7 段 LED 以及驱动 LED 的 74LS245 组合而成。当被测量值超出预设范围则发出警报，且精度高，适用于大多数工业生产以及教育教学领域。温度是一种最基本的环境参数，它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。因此，研究温度的测量和控制方法具有重要的意义。32 芯片介绍2.1 DS18B20 概述DS18B20 是 Dallas 公司继 DS1820 后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统的热敏电阻相比，只需一根线就能直接读出被测温度值，并可根据实际需求来编程实现 912 位数字值的读数方式 3。2.1.1 DS18B20封装形式及引脚功能图 2.1 DS18B20 封装形式和引脚功能如图 2.1 所示，DS18B20 的外形如一只三极管，引脚名称及作用如下：GND:接地端。DQ：数据输入/输出脚，与 TTL 电平兼容。VDD：可接电源，也可接地。因为每只 DS18B20 都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时 VDD 接地，可以节省一根传输线，但完成数据测量的时间较长；采用外部供电方式则 VDD 接+5V，多用一根导线，但测量速度较快。42.1.2 DS18B20内部结构64 位ROM 和单线接口存储和控制逻辑高速缓存器温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL匹配寄存器8 位 CRC 发生器电源检 测CDQVDD内部电源VDD图 2.2 DS18B20 内部结构图 2.2 中出示了 DS18B20 的主要内部部件，下面对 DS18B20 内部部分进行简单的描述 4:(1)64 位 ROM。64 位 ROM 是由厂家使用激光刻录的一个 64 位二进制 ROM 代码，是该芯片的标识号，如表 2.1 所示：表 2.1 64 位 ROM 标识8 位循环冗余检验 48 位序列号 8 位分类编号（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB第 1 个 8 位表示产品分类编号，DS18B20 的分类号为 10H；接着为 48 位序列号。它是一个大于 281*1012 的十进制编码，作为该芯片的唯一标示代码；最后 8 位为前 56 位的 CRC 循环冗余校验码，由于每个