最新基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计毕业设计论文名师资料汇编

1、基于单片机温度自动提醒的智能水杯设计【摘 要】 针对低碳、环保生活领域对温度传感器的应用, 提出单片机实时系统智能水杯的设计方法。在此基础上，采用了 DS18B20®度传感器 , 并对温度采集、实时控制进行了仿真分析, 本文提出了性能较好的智能水杯设计方法和多样功能。【关键词】： 单片机 温度传感器半导体Smart cup temperature based on automatic remind【 Abstract 】: The application of low carbon, environmentalprotection areas of life to the tempe

2、rature sensor , puts forward the design method of single chip real time system intelligent cup. On this basis, using DS18B20 temperature sensor, and the temperature acquisition, real-time control of the simulation analysis, this paper puts forward the design method of the good performance of glass a

3、nd various function.Keywords 】 : Single chip microcomputerTemperaturesensor Semiconductor第一章 引言1.1 课题的研究背景及意义1.2 课题的研究任务与内容第二章 总体方案设计2.1 方案一2.2 方案二第三章 系统硬件设计3.1 硬件设计环境介绍3.2 单片机最小系统设计3.2.1 STC89C5的介3.2.2 单片机端口分配及功能3.3 显示电路设计3.3.1 LED显示器的分类3.3.2 数码管结构3.3.3 数码管工作原理3.3.4 显示电路3.4 温度采集电路设计3.4.1 DS18B20的工作

4、原理和测温原理3.4.2 温度采集电路3.5 温度自动提醒电路设计3.6 温度制冷，制热设计半导体3.7 整体硬件电路图第四章 系统软件设计4.1 系统软件整体设计4.2 系统程序设计4.2.1 主程序设计4.2.2 显示程序设计4.2.3 温度判断程序设计4.2.4 DS18B20程序设计第五章系统设计与分析第六章总结致谢参考文献附录1 .程序第一章 引言1.1. 课 题研究背景与意义二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术，微信单片机技术的应用更是空前广泛。伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一次在生产生活中出现的频率日益增多，与之相对应的温度控制和测量

5、也成为了生活生产中频繁使用的词语。同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。在生活中，这个用于喝水家用电器的温度显示等。本文针对人们无法准确的获知或得到提示杯子中的水是否已到适合人饮用的温度的问题，设计了一种带有温度自动提醒功能的智能水杯。通个温度的监控来提醒使用者杯中的谁是否适合喝下以及有好的控制温度达到制冷制热。有效的解决人们经常由于各种原因而忘记时刻去关注谁的温度变化的缺陷。以避免人们尤其老人，小孩或病人在需要饮水时喝到凉水或受到烫伤。能够把握准确的水温。1.2. 课 题研究任务与内容课

6、题任务主要是设计一款智能水杯，针对人们不能直观的感知水温的问题，结合当前先进的电子和信息技术。如单片机，传感器等。提出一种具有自动提醒功能的智能水杯。本课题任务可分为三个层次，一是对当今温度测量技术在生产生活中的应用进行分析和研究；二是通过硬件和软件的设计，来实现智能水杯的各种功能；三是通过仿真实验，验证设计的温度自动提醒功能的智能水杯的有效性和可用性。本文的研究重点在于基于单片机和传感器设计一个温度测量，感知系统和制冷制热系统，并将其应用到智能水杯中，并对现有方案的优点与不足进行分析，在此基础上通过软件和硬件进行仿真验证。第二章 总体方案设计2.1 方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类

7、的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理。在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要A/D装换电路，感温电路比较麻烦。2.2 方案二考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行制冷制热进行转换，依次完成设计要求。比较以上2 种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。在本系统电路设计方框图如图1.1 所示，它才用5部分组成：1 控制部分主芯片采用单片机STC89C5；22 显示部分采用4 位 LED 数码管以动态

8、扫描方式实现温度显示；3 温度采集部分采用DS18B20 温度传感器；4 温度提醒部分采用3 个不同颜色的LED 作为提醒标志5半导体制冷制热。系统电路设计方框图图1.11 .控制部分单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，只需要很少端 口就能满足电路系统的设计需要，很适合在小型场合或便捷产品中进 行设计使用。2 .显示部分显示电路采用4位共阴LED数码管，从po 口送数，P2 口扫描。3 .温度采集部分该模块采用美国DALLA宓司推出的数字测温芯片DS18B20该芯 片具有体积小，多种封装形式，独特的单线接口等优点。测量范围从 -55摄氏度到+125摄氏度，拥有可以选择的9到12位

9、温度数据分辨率， 可以工作在寄生电源模式，另外还可自定义温度告警设置。本系统中 温度传感器输出脚I/O直接与单片机的P4.0相连，外接4.7 KQ的上 拉电阻到电源，采用MSP430勺电源供电网。DS18B2明片封装如图1-2 所示。NCNCQ Cf Q 三G 口BOTTOM IDSISB20 Tn-92 PackageVnoDQnnnnNCNCNCGN 口DS1SB20Z8-Pin SOIC (150 mil)图1-2 DS18B20芯片封装4 .制冷制热部分通过2个半导体来实现制冷，制热。5 .温度提醒部分该部分分别采用红，绿，黄3个不同颜色的数码管来显示不同的温 度范围。红色LED表示温

10、度较高，范围60度以上；绿色LED表示温 度适宜，范围30-600 ;黄色LED表示温度较低，范围30度以下。第三章系统硬件设计3.1 硬件设计环境介绍1.0概念Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化 的电子产品开发系统，主要运行在 Windows操作系统。这套软件通过把 原理图设计、电路仿真、PC茶制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性 分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方 案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的 质量和效率大大提高。Altium Designer除了全面继承包括 Protel 9

11、9SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。由于AltiumDesigner在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了 FPGA设计和嵌入式系统软 件设计功能，Altium Designer对计算机的系统需求比先前的版本要高一些3.2 单片机最小系统设计3.2.1 STC89C5简介STC89C5须有以下标准功能：8k字节Flash , 256字节RAM 32位 I/O 口线，看

12、门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6 向量2级中断结构，全双工用行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU亭止 工作，允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位 为止。与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O 口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UARTI行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后

13、中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符3.2.2 单片机端口分配及功能STC89C52引脚图如图3-2所示:F-1.O C mu C 尸，二匚11.日匚尹 1T |=(FWI-SO -11-口 1=RSTILZ tRXD> 3.0 05 MO J 尸C fTFOTB 33.口匚 i INTJ > R1.3 匚4 T口)一闻匚：Ti FEB.'S 匚.：笆三 3斤匚 jrnh Aji -= il- 匚OHO匚-*能匕与3券养方3°2之nnnnTlnnnnnnlnlnnnnnnnc 4 3-101) ，TIr/，1QB. 卷晨晨之丁总匕=3 N1O z7 二

14、一二二二二- 尸尸PPL ppp图3-2 STC89C52弓唧图VCC供电电压。GND :接地。P0 口： P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程 序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验 时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，pl输出缓冲器 能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端

15、口拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（IIL ）。止匕外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部 计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）,具体如表3-1 所示。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 为输入。并因此作为输入时，P2 口的 管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行 存取时，P2 口输出

16、地址的高八位。在给 出地址“1”时，它利用内部上拉优势， 当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在FLASH®程和校验时接收高 八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口作为AT89C51的一些特殊功能口，如表 3-1所示：表3-1 P3的特殊功能口管脚备选功能P3.0 RXD（用行输入口）P3.1 TXD（用行输出口

17、）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST :复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASHg程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

18、 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EHfe址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX MOV防令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。/PSEN :外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信 号将不出现。/EA /VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH, 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定 为RESET当 /EA

19、端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASHS程期间，此引脚也用于 施加12V编程电源（VPP 。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。在本设计采用微控制器STC89C5殒责实时检测传感器输出的信号是否有变 化，其原理图如下图3-3所示：3 $ 6 6 r- rTo 11X111 -vak1 o p p p p p p D D T TUITC一 VP STC89c52o 1 nJ- 3 4 5 6 7 - 74 上'工个- p p p p m p p pX2RESETRXDTXDRDWKALEFPSENGXDvcc Pi承P2

20、g能一百vccP10TPOOPUTP01P14P25-P2610P30130ALEP加PSEN3.3 显示电路设计LED是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在 1962年出现，早期只能发出低光度的红光， 之后发展出其他单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等;随着技 术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。3.3.1 LED显示器的分类1、按颜色基色可以分为 单基色显示屏：单一颜色（红色或绿色）。 双基色显示屏: 红和绿双基色，256级灰度、可以显示 65536种颜色。 全彩色

21、显示屏：红、绿、蓝三基色， 256级灰度的全彩色显示屏可以显 示一千六百多万种色。2、按显示器件分类 LED数码显示屏：显示器件为 7段码数码管,适于制作时钟屏、 利率屏等，显示数字的电子显示屏。LED点阵图文显示屏:显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块,适于播放文字、图像信息。LED视频显示屏：显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。3、按使用场合分类 室内显示屏：发光点较小，一般3mm-8mm,显示面积一般几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。4、按发光点直径及间距分类 室内

22、屏（按直径分）：3mm、3.75mm、5mm、室外 屏（按间距分）：PH10、PH12、PH14、PH16、PH20、PH25、PH31.25、 PH37.55.显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。单块模块控制驱动12块（最多可控制 24块）8X8点阵，共16X48点阵（或32X48点阵），是单块 MAX7219 （或PS7219、 HD7279、ZLG7289及8279等类似LED显示驱动模块）的12倍（或24倍）！可采用 级联” 的方式组成任意点阵大显示屏。 显示效果好，功耗小，且比采用MAX7219电路的成本更低。3.3.2 数码管结构LED数码管（LED Segment D

23、isplays）是由多个发光二极管封装在一起组 成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公 共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是 类似于3位“+1”型。位数有半位，1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10位等等.， LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 LED的这些特 性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差 异外，编程方法也是不同的。图 2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们 的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝， 黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟

24、，车站，家电等场合。选用时要 注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。3.3.3 数码管工作原理1、静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单 片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动 的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O埠多，如驱动5个数码管静态 显示则需要5X8 = 40根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠 才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。2、动态显示驱动:数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个

25、显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp ”的同名端连在一起，另外为每 个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的 I/O线 控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码， 但究竟是那 个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通 COM端电路的控制，所以我 们只要将需要显示的数码管的选通控制打开， 该位元就显示出字形，没有选通的 数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示， 这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为12ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数

26、码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料， 不会有 闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。3.3.4 按键电路GNDP35P343.4温度采集电路设计3.4.1 DS18B20的工作原理和测温原理DS18B20勺温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上， 从而 抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分， 即温度检测和数据处理。在讲 解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形 态的存储器资源，它们分别是（1） ROM只读存储器，用于存放DS18B20勺ID编码，其前8位是单线系列编

27、码（DS18B20勺编码是19H）,后面48位是芯片唯一的序列号，最后 8位是 以上56的位的CRCB （冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20 共 64 位 ROM。（2） RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， DS18B2吸9个字节RAM每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据 值信息，第3、4个字节是用户EEPROM常用于温度报警值储存的镜像。在上电 复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM1镜像。第6、7、8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为

28、前8个字节的CRCK。EEPROME 易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B2吸3位EEPRO而在RAM®存在镜像，以方便用户操作。控制器对18B20 操作流程：（1）复位：首先我们必须对DS18B205片进行复位，复位就是由控制器（单 片机）给DS18B2W总线至少480 nS的低电平信号。当18B20接到此复位信号 后则会在1560仙S后回发一个芯片的存在脉冲。（ 2）存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在1560仙S后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60240uS的低电平信号。至 此，通信双方已经达成了基本的协议

29、，接下来将会是控制器与18B20间的数据通 信。 如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。（3）控制器发送ROM旨令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM旨令分别是读ROM（据、指定 匹配芯片、跳跃ROM芯片搜索、报警芯片搜索。ROM旨令为8位长度，功能是 对片内的64位光刻ROMS行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多 个器件并作处理。诚然， 单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM旨令（注意： 此处指的跳过

30、ROM旨令并非不发送ROM旨令，而是用特有的一条“跳过指令” ）0（4）控制器发送存储器操作指令：在 ROM旨令发送给18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8 位，共 6 条，存储器操作指令分别是写RAMK据、读RAMK据、将RAMK据复制到EEPRO.M温度转 换、将EEPROM的报警值复制到RAM工作方式切换。存储器操作指令的功能 是命令18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。（ 5）执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单 片机）必须等待18B20执行其指令，

31、一般转换时间为500U8如执行数据读写指 令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有详细介 绍。当主机收到DS18B20的响应信号后，便可以发出ROMIS作命令之一，这些命令如下：Skip ROM （跳跃ROM旨令）这条指令使芯片不对ROM®码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。Read Scratchpad （从 RAMfr读数据）此指令将从RAMfr读数据，读地址从地址0开始，一直可以读到地址9,完 成整个RAhM据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取， 即可以不

32、读 后面不需要的字节以减少读取时间。Convert T （温度转换）收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将转换的温度值放入RAM勺第1、2 地址。此后由于芯片忙于温度转换处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持 500MS来维持芯片工作。与DS18B2的所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个 DS18B2的应答 脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时间最少480s,最多不能 超过960仙so然后，单片机释放总线，等待DS18B2的应答脉冲。DS18B2猊接受 到复位脉冲后等待15

33、60 ns才发出应答脉冲。应答脉冲能保持60240 ns。单 片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待 480仙s。读时隙需1560仙s,且在2次独立的读时隙之间至少需要1仙s的恢复时间。 读时隙起始于单片机拉低总线至少1叱s。DS18B2猊读时隙开始15仙s后开始采样 总线电平。以单片机读取2B的数据为例。写时隙需要1575仙s,且在2次独立的写时隙之间至少需要1 ns的恢复时间。写时隙起始于单片机拉低总线。3.4.2 温度采集电路UIVCCI/OGNDvcc.好1L flOK21DQ1DS18B2O图3-11 DS18B20采集电路图3.5 温度自动提醒电路设计温度提醒电路只要用于显示

34、温度的范围，以在饮用前告知人们温度是否 适宜。本文采用3个不同颜色的LED作为提醒的标志。红色LED表示温度较高， 不适宜当前饮用，有烫伤的危险，表示的温度范围为60。以上。连接到单片机的P1.0 口；绿色LED表示温度适宜，人们可以正常饮用，具表示温度30° -60° , 连接到单片机的P1.1 口；黄色LED表示温度较低，提示不习惯饮用冷水的人们 该温度不适宜饮用，具表示的温度为 30°以下，连接到单片机的P1.2 口。该部 分的电路图如下。VCC II) -kMrt3.6 温度制冷，制热设计半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应

35、用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量， 可以实现制冷的目的。它是一种产生负热 阻的制冷技术，具特点是无运动部件，可靠性也比较高。利用半导体制冷的方式 来解决LED照明系统的散热问题，具有很高的实用价值。本 次设 计我采 用 的 是 TEC12706半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型材料有多余的电子，有负温差电势。P型材料电子不足，有正温差电势；当电子从P型穿过结点至N型时，结点的温度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相

36、反，当电子从 N型流至P型材料 时，结点的温度就会升高。直接接触的热电偶电路在实际应用中不可用，所以用下图的连接方法来代替， 实验证明,在温差电路中引入第三种材料（铜连接片和导线）不会改变电路的特性。这样，半导体元件可以用各种不同的连接方法来满足使用者的要求。把一个P型半导体元件和一个N型半导体元件联结成一对热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和 热量的转移。在上面的接头处，电流方向是从 N至P,温度下降并且吸热，这就是冷端；而在下面的 一个接头处，电流方向是从 P至N,温度上升并且放热，因此是热端。因此是半导体致冷片由许多 N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N/P之间以一般的导体

37、相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体， 最彳麦由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块 N型半导体材料和 一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时， 两端之间就会产生热量 转移，热量就会从一端转移到另一端， 从而产生温差形成冷热端。但是半导体自 身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极 板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。 当冷热端达到一 定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵 消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更

38、低的温度，可以采取散 热等方式降低热端的温度来实现。风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热。 通常半导体制冷片冷热 端的温差可以达到4065度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度， 那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接 通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收 热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放 热的大小是通过电流的大小以及半导体材料 N P的元件对数来决定，以下三点 是热电制冷的温差电效应。半导体半导体制冷片制冷片作为特种冷源，在技术应

39、用上具有以下的优点和特点：1、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生 回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长,安 装容易。2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高， 但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和 制冷系统。3、半导体制冷片是电流换能型片件， 通过输入电流的控制，可实现高精度 的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制、 便于组成自动控制系统。4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端 空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能

40、达到最大温差。5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低 温区发电。6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型 的电堆用、并联的方法组合成制冷系统的话， 功率就可以做的很大,因此制冷功 率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。7、半导体制冷片的温差范围，从正温 90c到负温度130c都可以实现。3.7 整体硬件电路图完成以上之后的整个电路图如下第四章 系统软件设计4.1系统软件整体设计一个应用系统要完成各种功能，首先必须有叫较完善的硬件做保证。同 时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许 多由硬件完成工作，都可以通过软件编程

41、而取代。甚至有些必须采用很复杂的硬 件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得简单，如数字滤波，信号处理等。 因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用C52系列的单片机相对应的C语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种，机器语言，汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯 一能懂的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序 （称为源程序）最终都必须翻 译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能看懂，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言， 它克通过于各种不同的计算机，用 户编程时不必仔细了解所有的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能 强，常常一个语句已相当于计算

42、机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快， 也便于学习和交流，所以本系统却选用高级语言，C语言。本装置的软件包括主程序，显示程序，温度判断程序，制冷制热程序以及 DS18B20的程序（初始化子程序，写程序和读程序等）4.2.1 主程序设计主程序的主要参数是负责温度的实时显示，读出处理DS18B20的测量的当前温度值，其程序流程图如下主程序流程图通过调用度温度子程序吧存入内存初中的整数部分与小数部分分开存 放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。4.2.2 显示程序设计该部分采用循环动态扫描的方式对 LED数码管进行驱动。分别控制正 负标志的显示，十位的显示和个位的显示。4.2.

43、3 温度判断程序设计当检测到DS18B20的输出所对应的温度小与30°时，P1.2引脚置1, 点亮黄色指示灯，当温度值为 30° -60°时，P1.1弓I脚置1,点亮绿色指示灯； 当温度值大于60°时，P1.0引脚置1,点亮红色指示灯。流程图如图下开始以上为温度判断程序图4.2.4 DS18B20程序设计(1)读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出 RAM中的9字节，在读出时需要进行 CRC效验，效验有错时进行温度数据的改写。DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时 序才能达到预期的目的，同时要注意进来的是高危在后低位在

44、前，共 12位数, 小数4位，整数7位，还有一位符号位。(2)复位，应答子程序开始复位，应答子程序(3)写入子程序进位c清0!P3.7 清 0延时12usF1F带进位右移延时46us!P3.7 置 0终止第五章系统设计与分析第六章 总结本次通过对具有温度自动提醒功能智能水杯的设计，使自己对单片机和 C 语言有了进一步的掌握。在设计过程中，吸收了前辈的一些先进的理论成果。本人在设计中总结了一个重要的经验，一切问题都要结合实际进行设计。因为不同的设计技术或者设计思想都有自身的优点和局限性。只有根据具体的设计要求，才能进行设计，也才能对已有的设计方法进行创新。本装置实现了水杯的制冷制热的自动提醒。单

45、片机是这次设计的主体，采用LED 数码管进行时间显示，并加入三个温度提示灯，用半导体材料进行制冷制热。本次设计使用的温度检测模块结构简单，测温准确。具有一定的实际应用价值。本次设计有较大的进展，取得了较好的成果，对单片机软硬件资源扩展有深入的学习。本设计是学习单片机的较好选择。但是设计还有诸多功能没有完善，以后有机会会继续完善其相应的功能。该智能水杯只是DS18B20 在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯相连接，通过手机短信息的方式发给用户，使用户能够随时对温度检测。此外， 还能广泛地应用于其它一些生产领域，如建筑等行业。通过本次毕业设计，

46、我了解并掌握了数码管显示的基本理论知识，更深入的掌握单片机的开发应用和编程控制，以及对半导体的理解制冷作用。 为以后从事单片机软硬件产品的设计开发，打下了良好的基础， 树立独立从事产品研发的信心，并在这种能力上得到充分的锻炼。致谢当我写完这篇毕业设计说明的时候，有一种如释重负的感觉， 在经历了找工作的焦灼、工作时的繁忙，做毕业设计、写设计说明的 煎熬之后，感觉好像一切都尘埃落定了，然而，要和自己学生时代的 校园生活说再见。对无忧无虑的学生生活还是无比的怀念。四年，给予我的，是不断丰富的学识，是从容、自信和幸福的能 力，还有珍贵的友谊。四年，充实快乐。感谢给予我帮助的老师，同学，室友，让我觉 得

47、生活如此美好。这次毕业设计，得到很多人的帮助和指点，谢谢你们。如果没有 你们，这次毕业设计也没这么快完成。感谢我的指导老师李建华和其他指导过我的老师们，在此向老师 致以最真诚的谢意和崇高的敬意。参考文献1 王青云 . 基于单片机的温度测量系统J 2010 ， (05).2 彭立， 张建洲， 王少华 . 自适应温度控制系统的研制J 东北师大学报 (自然科学版), 1994,(01) .3 夏继强 . 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社 , 20014 沈聿农 .传感器及应用技术M. 北京 :化学工业出版社,2001.5 范晶彦 .传感器与检测技术应用M. 北京 :机械工业出版社

48、,2005.6 王俊峰,孟令启.现代传感器应用技术M. 北京:机械工业出版社 ,2007.7 金发庆 .传感器技术与应用M. 北京 :机械工业出版社,2006.8 Goldman JM, Petterson MT, Kopotic RJ, Barker SJ.Masimosignal extraction pulse oximetryJ.J Clin Monit Comput.2000;16(7):7 5-83.9 D. Tulone. On the feasibility of global time estimation under isolation conditions in wire

49、less sensor networks.10 李 建 中 . 单 片 机 原 理 及 应 用 M 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社 ,2010.(02)11 周航慈.单片机应用程序设计技术M. 北京：北京航空航大大学出版社，2005.附录1. 程序1 主程序#include "SMG.H"#include "DELAY.H"#include "DS18B20.H"#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit s1=P3A7;sbit s2=P3A2;sbi

50、t HOT=P1A5;sbit COLD=P3A3;sbit RED=P1A3;sbit GREEN=P1A2;sbit ORG=PW1； uint wendu;uint counts;void InitTimer0(void)TMOD|= 0x01;TH0 = 0x0F8;TL0 = 0x0CD;EA = 1;ET0 = 1;TR0 = 1;bit zidong;bit jiare,zhileng;uint longtimes=0;void main()zidong=0;longtimes=0;wendu=0;jiare=0;zhileng=0;delay_ms(200);wendu=Rea

51、dTemp() delay_ms(200);wendu=ReadTemp() delay_ms(200);wendu=ReadTemp() delay_ms(200);wendu=ReadTemp() delay_ms(200);wendu=ReadTemp() delay_ms(200);wendu=ReadTemp() delay_ms(200);wendu=ReadTemp() delay_ms(200);wendu=ReadTemp() counts=0;InitTimer0();while(1)counts+;delay_ms(10);if(counts=50)counts=0;EA

52、=0;wendu=ReadTemp();EA=1;if(zidong=1)if(wendu>=400)COLD=0;HOT=1;else if(wendu>=300)COLD=1;HOT=1; elseCOLD=1;HOT=0;if(wendu>=400)RED=0;GREEN=1;ORG=1;else if(wendu>=300)RED=1;GREEN=0;ORG=1;elseRED=1;GREEN=1;ORG=0;if(s1=0)delay_ms(10);if(s1=0)while(!s1)delay_ms(10);longtimes+;if(longtimes=2

53、00)break;if(longtimes=200)TR0=0;zidong=zidong;if(zidong=0)P0=0X5B;/显示HHHH表示自动 elseP0=0X5F;/显示AAAA 表示自动P2&=0X0F;delay_ms(2000);delay_ms(2000);TR0=1; elseif(zidong=0)jiare=jiare;HOT=jiare;if(jiare=1)COLD=1;zhileng=0;while(!s1);longtimes=0;if(zidong=0)if(s2=0)delay_ms(10);if(s2=0)while(!s2); zhileng=zhileng;COLD=zhileng;if(zhileng=1)HOT=1;jiare=0;uchar wei=0;void Timer0Interrupt(void) interrupt 1TH0 = 0x0F8;TL0 = 0x0CD;wei+;if(wei=4)wei=0;DISP_SEG(wendu,wei);2.DSB1820#ifndef _DS18B20_H_#define _DS18B20_H_#include <reg52.h>#include <