单片机课程设计-温度监控系统设计

1、 单片机课程设计报告 设计题目：温度监测系统 专 业： 班 级： 学生姓名： _ 学 号： 指导教师：_ 目录 一、引言2二、设计目的与要求2三、总体设计方案2四、实验原理3五、材料清单4六、基本芯片及其原理5 6.1单片机 6.2温度传感器及其原理 6.3 DS18B20传感器的温度数据关系七、程序设计7八、系统框图11九、工作流程图12十、硬件电路图14十一、结束语15十二、参考文献15 温度监测系统课程设计任务书 一、引言温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采

2、用的测温元件、测方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法

3、与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本系统利用传感器与单片机相结合，应用性比较强，本系统可以作为仓库温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统，以及构成智能电饭煲等等。课题主要任务是完成环境温度监测，利用单片机实现温度监测并通过报警信号提示温度异常。本设计具有操作方便，控制灵活等优点。本设计系统包括单片机，温度采集模块，显示模块，按键控制模块，报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。设计目的与要求 1、能显示即时温度；2、能设定温度的上下限值；3、当温度超出设定极限值时进行报警

4、。三、总体设计方案总体设计方案采用AT89C2051单片机作控制器，温度传感器选用DS18B20来设计数字温度计，系统由5个模块组成：主控制器、测温电路、显示电路、控制电路、报警及指示电路。主控制器由单片机AT89C2051实现，测温电路由DS18B20温度传感器实现，显示电路由4位LED数码管直读显示,，报警指示电路由蜂鸣器和发光二级管构成，控制电路由按键构成。本设计所使用的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等特点，其输出温度采用数字显示，主要用于对温度的精度要求较高的场所，或科研实验室使用，并且加有报警装置，超过限制温度可发出报警信号，还可以调整报警上下限温度

5、。该设计控制器使用单片机AT89C2051，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以I/O口传送数据，实现温度显示，能准确达到以上要求。四、实验原理利用温度传感器芯片监测环境温度，将温度信号转换为数字信号传送到单片机内部，单片机通过对温度数据进行处理，利用四位八段数码管显示环境温度，并利用蜂鸣器和发光二极管发出超限警报信号。通过按键操作可以改变报警温度的上下限。五、材料清单名称规格编号主要功能或作用按钮6X6X5AN1、AN2、AN3调节报警温度的值电容30PC1、C2单片机时钟振荡电容10UFC3单片机复位电容470UFC4电源滤波电容104C5电源滤波单片机AT89C205

6、1IC1CPU温度传感器DS18B20IC2温度传感器稳压块L7805IC3电路工作于+5V接线座3P5.0J1外电路控制接线座接线座2P5.0J2外接电源接线USB电源插座USBJ3电脑供电插座晶体12MJZ单片机时钟振荡一位共阳数码管0.56LED1摄氏温度符号显示三位共阳数码管0.56LED2温度值显示发光二极管3MMLED3报警发光指示兼Q1偏置三极管8550Q1、Q2、Q3、Q4Q1：报警时驱动继电器；Q2Q3Q4：数码管驱动电阻10KR1单片机复位电阻220和470R7、R8、R9、R10R11、R12、R13、R14数码管限流，其中R14=470电阻4.7KR2、R3、R4、R6

7、三极管基极和温度传感器偏置电阻2KR5三极管Q1基极偏置二极管1N4148V1续流，保护Q1跳线X1、X2用元件引脚连继电器5V2AJDQ温度达到报警值时触点动作PCB板73MMX85MMUSB电源线60MM连接电脑USB口六、基本芯片及其原理6.1单片机AT89C2051是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向

8、下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。本次课程设计所使用的单片机为AT89C2051单片机，是深圳宏晶

9、科技生产的完全兼容INTEL公司MCS-51系列的单片机。6.2温度传感器及其原理传感器DS18B20具有体积小、精度高、适用电压宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使用户可以充分发挥“一线总线”的优点。 同DS1

10、820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。6.2.1 DS18B20的特性（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，寄生电源方式下可由数据线供电。（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20

11、的双向通讯。（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。（6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具

12、有极强的抗干扰纠错能力。（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。6.2.2 DS18B20内部结构及DS18B20的管脚排列64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器。 DS18B20的引脚定义：图一 DS18B20引脚定义(1)DQ为数字信号输入/输出端。(2)GND为电源地。(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。6.3 DS18B20传感器的温度数据关系：图二 温

13、度传感器的温度数据关系程序设计 ORG 0000H ;单片机内存分配申明!TEMPER_L EQU 29H ;用于保存读出温度的低8位TEMPER_H EQU 28H ;用于保存读出温度的高8位FLAG1 EQU 38H ;是否检测到DS18B20标志位A_BIT EQU 20H ;数码管个位数存放内存位置B_BIT EQU 21H ;数码管十位数存放内存位置MAIN: LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序;显示范围00到99度,显示精度为1度;因为12位转化时每一位的精度为0.0625度,我们不要求显示小数所以可以抛弃29H的低4位;将28H中的低4位移入29H中的高4位,这

14、样获得一个新字节,这个字节就是实际测量获得的温度;这个转化温度的方法非常简洁，无需乘于0.0625系数 MOV A,29H MOV C,40 ;将28H中的最低位移入C RRC A MOV C,41H RRC A MOV C,42H RRC A MOV C,43H RRC A MOV 29H,A LCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序 AJMP MAIN;这是DS18B20复位初始化子程序INIT_1820: SETB P3.4 NOP CLR P3.4;主机发出延时537微秒的复位低脉冲 MOV R1,#3TSR1: MOV R0,#107 DJNZ R0,$ DJNZ R1,T

15、SR1 SETB P3.4 ;然后拉高数据线 NOP NOP NOP MOV R0,#25HTSR2: JNB P3.4,TSR3 ;等待DS18B20回应 DJNZ R0,TSR2 ;延时 LJMP TSR4 TSR3: SETB FLAG1 ;置标志位,表示DS1820存在 LJMP TSR5TSR4: CLR FLAG1 ;清标志位,表示DS1820不存在 LJMP TSR7TSR5: MOV R0,#117TSR6: DJNZ R0,TSR6 ;时序要求延时一段时间TSR7: SETB P3.4 RET;读出转换后的温度值GET_TEMPER: SETB P3.4 LCALL INIT

16、_1820 ;先复位DS18B20 JB FLAG1,TSS2 RET ;判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返回 TSS2: MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ;发出温度转换命令 LCALL WRITE_1820;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD转换结束,12位的话750微秒 LCALL DISPLAY LCALL INIT_1820 ;准备读温度前先复位 MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ;发出读温度命令 LCALL WRITE_1

17、820 LCALL READ_18200 ;将读出的温度数据保存到35H/36H RET;写DS18B20的子程序(有具体的时序要求)WRITE_1820: MOV R2,#8 ;一共8位数据 CLR CWR1: CLR P3.4 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV P3.4,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB P3.4 NOP DJNZ R2,WR1 SETB P3.4 RET;读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据 READ_18200: MOV R4,#2 ;将温度高位和低位从DS18B20中读出 MOV R1,#29

18、H ;低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H)RE00: MOV R2,#8 ;数据一共有8位RE01: CLR C SETB P3.4 NOP NOP CLR P3.4 NOP NOP NOP SETB P3.4 MOV R3,#9RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,P3.4 MOV R3,#23RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET;显示子程序DISPLAY: MOV A,29H ;将29H中的十六进制数转换成10进制 MOV B,#10 ;10

19、进制/10=10进制 DIV AB MOV B_BIT,A ;十位在a MOV A_BIT,B ;个位在b MOV DPTR,#NUMTAB ;指定查表启始地址 MOV R0,#4 DPL1: MOV R1,#250 ;显示1000次DPLOP: MOV A,A_BIT ;取个位数 MOVC A,A+DPTR ;查个位数的7段代码 MOV P1,A ;送出个位的7段代码 CLR P3.7 ;开个位显示 ACALL D1MS ;显示1ms SETB P3.7 MOV A,B_BIT ;取十位数 MOVC A,A+DPTR ;查十位数的7段代码 MOV P1,A ;送出十位的7段代码 CLR P3.5 ;开十位显示 ACALL D1MS ;显示1ms SETB P3.5 DJNZ R1,DPLOP ;250次没完循环 DJNZ R0,DPL1 ;4个250次没完循环 RET;1MS延时(按12MHZ算)D1MS: MOV R7,#80 DJNZ R7,$ RET;7段数码管09数字的共阳显示代码NUMTAB: DB 081H,0CFH,092H,086H,0CCH,0A4H,0A0H,08FH,080H,084HEND八、系统框图本系统设计由5个模块组成：主控制器（单片机）、温度采