基于MCS-51单片机的温度报警装置的设计和开发

1、目录第1章 系统总体设计方案21.1 课题背景21.2温度报警装置的功能设计2第2章 系统硬件设计32.1 单片机32.2 温度采集电路32.2.1 DS18B20介绍32.2.2 技术性能描述32.2.3 应用范围32.2.4 接线说明32.2.5 DS18B20内部结构图42.2.6 DS18B20工作原理42.2.7 DS18B20原理图52.3报警控制62.3.1 报警原理62.3.2 三极管参数62.3.3 报警电路设计62.4温度显示电路72.4.1 LED数码管驱动72.4.2 温度显示工作原理73.1软件设计思路83.2 程序流程83.3 程序内容编写9第4章 结论15致谢15

2、参考文献16英文翻译17附录18基于MCS-51单片机的温度报警装置的设计与开发曾修平物理与电子信息学院电子信息工程专业07级 指导教师：赖春红摘要：设计了一个基于单片机控制的温度控制器系统。该系统采用AT89S51单片机为主控制核心，实现温度采集，传输。整个系统硬件部分包括温度采样电路，DS18B20转换器，按键电路，驱动电路，7段译码器，LED数码显示器。在配合用C语言编制的程序使软件实现，实现温度温控功能. 关键词：单片机；温度控制；LED数码显示英文翻译Based on SCM air conditioning 51 - MCS intelligent thermostat desig

3、n and developmentCHENG Hou-lin(Physics and Electronic Engineering Dept. Chongqing Three Gorges University, Wanzhou 404000)ABSTRACT This control circuit is 8051 single-chip processor core. The entire system hardware parts including temperature sampling circuit, ZiJiShi A/D converter circuit, drive ci

4、rcuit, buttons, sequential circuits, and 8 section decoder, LED digital display. In coordination with assembly language program that software, air conditioning temperature of the basic function of intelligent transformation. This control circuit cost, function and practical, simple operation, and ha

5、s certain practical value.From three aspects, firstly is the description of the hardware circuit, Then the software design, Finally realizing function.KEY WORDS The 8051 microcontroller, temperature control, LED digital display第1章 系统总体设计方案1.1 课题背景电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现

6、代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的C51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。在现代社会中，温度报警装置不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度报警装置，温度报警装置将更好的服务于社会.而今，数字温度计等家用电器随着生产技术的发展和生活水平的提高越来越普及，一个简单，稳定的温度报警系统能更好的适应市场。而本次设计就是要通过以MCS-51系列

7、单片机为控制核心，实现温度报警装置的设计。1.2温度报警装置的功能设计通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制数码管显示，并比较采集温度大于设定的报警温度，若大于设定的的报警温度单片机就会驱动报警电路进行报警。温度报警装置主要单片机，时序电路，温度采样电路，报警电路，温度显示电路，电源输入电路，驱动电路等组成。系统原理图见图1所示：数码管7段译码器 STC89C527段译码器7段译码器数码管数码管报警电路驱动电路温度采样电路蜂鸣器图1 温度报警控制系统框图第2章 系统硬件设计2.1 单片机 由于空调温度控制器的核心就是单片机，单片机的选择将直接关系到控制

8、系统的工作是否有效和协调。本设计采用MCS-51系列的STC89C52单片机，因为STC89C52单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。STC89C52包含了8位CPU，片内振荡器，8K字节Flash,512字节RAM,2个16位定时器，计数器，中断结构，I/O接口等。可进行计算，定时等一系列功能。2.2 温度采集电路2.2.1 DS18B20介绍美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。2.2.2 技术性能描述独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时

9、仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温。工作电源: 35V/DC。在使用中不需要任何外围元件，测量结果以912位数字量方式串行传送。2.2.3 应用范围该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域；轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温

10、和控制。2.2.4 接线说明特点独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源测量温度范围为-55 C至+125 。华氏相当于是-67 F到257华氏度 -10 C至+85 C范围内精度为0.5 C温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央

11、微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。 2.2.5 DS18B20内部结构图见图2.1。 图2.1DS18B20内部结构图 2.2.6 DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原

12、理如图2.1所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图2.1中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预

13、置值。图2.2DS18B20测温原理图2.2.7 DS18B20原理图要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠10K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，图2.3电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。图2.3DS18B20原理图2.3报警控制2.3.1 报警原理报警控制电路由IO

14、口控制PNP三级管驱动蜂鸣器发出声响，当温度大于20度是IO口将对PNP的基极产生一个低电平，此时PNP起开关作用闭合蜂鸣器发出声响。2.3.2 三极管参数8550三极管引脚图2.4，它一种常用的普通三极管。是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管集电极-基极电压Vcbo：-40V，工作温度：-55 to +150，主要用途：开关应用，射频放大。图2.3PNP8550管脚图2.3.3 报警电路设计见图2.4图2.4报警装置电路设计2.4温度显示电路2.4.1 LED数码管驱动 8550驱动介绍：在驱动电路部分我使用了8位三极管作为数码管的8个段选阳极输入，单片机的IO口作为数码管的阴极输

15、入，这样设计的主要目的是单片机的IO口驱动力较低，而吸收电流的能力较强，所以利用这一特点实现使用三极管PNP实现大电流输出，用IO接收回路电流。2.4.2 温度显示工作原理 温度显示电路如图2.5所示：由8个8550三极管和1片七段四位数码管组成，数码管采用共阳级接法。8个三极管分别接BCD的a-h,段选信号由STC89C52的P2口提供，数码管显示位选由STC89C52的P1口的输出决定。图2.5显示电路3.1软件设计思路 软件设计的任务包括启动温度转换、读温度转换结果、设置温度、温度比较、报警等，其中启动温度转换、读温度转换结果、判断温度等工作在主程序中完成，温度控制在主函数程序中完成，即

16、每隔一段时间对比测量温度与设定温度之间的大小关系，根据对比结果给出控制信号，控制是否发出声音信号。3.2 程序流程主程序流程图如图3.1所示。 图3.1主程序流程图3.3 程序内容编写/主函数 void main() /t_变量 int t_=0;/等待温度传感器的初始值消失 以免错误判断/tmp()函数返回值为实际温度乘10的一个参数/800是80度 初始化是会产生个85度参数 while(tmp()500)/温度转换 tmpchange();/读值t_=tmp(); do /温度转换 tmpchange(); t_=tmp();/对温度进行显示display(t_); /控制蜂鸣器报警 f

17、engming(t_/10);/注意 t_为 温度*10的参数 while(1); /显示部分uchar code table=/数码管 位选030xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uchar code table0= /不带小数点的090x88,0xdb,0x94,0x91,0xc3,0xa1,0xa0,0x9b,0x80,0x81;uchar code table1= /带小数点的090x08,0x5b,0x14,0x11,0x43,0x21,0x20,0x1b,0,0x01;/参数声明uchar num1,num2,num3; /临时变量用来存数的各个位置/LCD延时函数void d

18、elay0(uint z) uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/显示函数void display(uint datad) P0=table0;/位选为第一个数码管 if(flag=1) /判定为零下温度 P2=0xf7; /为零下度数 第一个数码管显示负号 delay0(6); flag=0; P0=0xff; else P2=0x88; /为零上时 显示0 为标志位 delay0(6); P0=0xff; P0=table1; /位选为第二个数码管 num1=datad/100; /分离出十位 P2=table0num1; /显示温度的十位 d

19、elay0(6); P2=0xff; P0=table2;/位选为第三个数码管 num2=datad/10%10; /分离出个位 P2=table1num2; /显示温度个位 delay0(6); P2=0xff; P0=table3;/位选为第四个数码管 num3=datad%10; /分离出小数点后一位 P2=table0num3; /显示小数点 delay0(6); P2=0xff;/温度读取/发送初始化及复位信号 void dsreset(void) /DS18B20 初始化 uint i; DS=0; i=103; while(i0)i-; DS=1; i=4; while(i0)i

20、-; /read a bit 读一位bit tmpreadbit(void) uint i; bit dat; /i+ for delay 小延时一下 DS=0;i+; DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i0)i-; return (dat); /read a byte date 读一个字节 uchar tmpread(void) uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit(); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好/一个字节在 dat 里 dat=(j1); /将一个字节数据返回 return(dat); /

21、write a byte to ds18b20 /写一个字节到 DS18B20 里 void tmpwritebyte(uchar dat) uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /write 1 写 1 部分 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i0)i-; else DS=0; /write 0 写 0 部分 i=8;while(i0)i-; DS=1; i+;i+; /DS18B20 begin change 发送温度转换命令void tmpchange(void) dsreset(); /初始化 DS1

22、8B20 delay(1); /延时 tmpwritebyte(0xcc); /跳过序列号命令 tmpwritebyte(0x44); /发送温度转换命令 /get the temperature 获得温度uint tmp() float tt; uchar a,b; dsreset(); delay(1); /发送读取数据命令 tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); /连续读两个字节数据 a=tmpread(); b=tmpread(); /two byte compose a int variable /两字节合成一个整型变量。 temp=b; te

23、mp=20) buzzer=0; else buzzer=1;总结本次设计主要采用的是STC89C52单片机，该单片机的稳定性比较好，编程简单，功能易实现。还可以采用其它系列的单片机，比如AVR，EMC，PIC等单片机。经过将近三周的单片机课程设计，终于完成了我的温度报警的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事

24、。首先，在电路调试方面，在老师和同学的帮助和讨论下，我先把每一个外围电路的工作原理弄懂了，对它的工作电压电流核实，然后我在实验板上把实际的电路连接起来，加上实际的电源，一个一个的调试，发现它确实能够正常工作时在做下一步。在电路印制板设计方面：我设计的是用了两个电路板来实现，一个是最小系统板，是在前期的学习中弄好的，为了不浪费资源，所以这次就用于设计中；一块电机驱动板，利用三极管的导通截止来驱动电机的转动。其中最值得提的就是我们考虑了电机在启动时电流不足，会给传感器造成影响，因此我们采用了电流较大的电源供电，用三端稳压芯片完成。使电路非常稳定，在用PROTEL99制作印制板的时候，我考虑到了小车

25、的实际情况，我做板就尽量小。使整个电路板作到了小巧玲珑，但是线路却有些细了，只有0.8mm，制作工艺也不行，容易出现老化的现象，因此这个地方还需要改进。在程序调试方面也遇到各种问题，单独调试每个模块程序时能正常工作，但把它们组合连在一起的时候有的模块就不正常工作。这也是我们设计中需要改进的。然而本设计仍然存在不少不完善和有待改进的地方，因此在今后的各种设计中，都会继续考虑这些问题并力图解决。致谢在本论文的完成过程中，首先要感谢我的指导老师赖春红老师，在她的悉心指导和无微不至帮助下，才能顺利完成这次设计。赖老师为论文的课题研究提供了很多指导性意见，对论文的撰写，修改提供了许多具体的指导和帮助。在

26、此，学生衷心表示感谢：“老师，您辛苦了！”此外还要感谢我的同学和寝室兄弟们，是他们在我生活和学习上给予了很多无私的帮助，值此机会，我向你们说声谢谢！此外，就要感谢评阅老师对本论文进行的认真评阅和批评指正。最后，向所有给予我关怀和帮助的师长和同学们表示衷心的感谢！参考文献1 何立民. 单片机应用系统设计M.北京：清华大学出版社，20052 吴金戎. 8051单片机实践与应用M.北京:清华大学出版社，20053 胡斌.图表细说电子元器件M.北京：电子工业出版社，20054 王福瑞.单片微机测控系统设计大全M.北京：电子工业出版社，20065 姜志海.电片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，20056 黄正祥，邓怀雄，郭延文，周书. 基于MCS-51单片机的温度控制系统J.现代电子技术，2005，6：20-217李伙友.基于MCS-51的温度控制器的设计J.龙岩学院学报，2006，24(6):16-188关平，刘红，林强.可实现的基于MCS-51单片机的恒温控制系统的设计J.自动化技术与应用，2008，27(10)：108-110英文翻译Based on SC