基于单片机的温度监测记录系统设计

基于单片机的温度监测记录系统毕业论文（本科生）中文标题基于单片机的温度监测记录系统设计英文标题DesignoftemperaturemonitoringrecordingsystermbasedonMCU学生姓名指导教师学院专业年级兰州大学教务处目录摘要 1Abstract 21 前言 31.1研究背景 31.2研究现状 31.3本文研究内容及流程图 31.4毕业设计中用到的硬件及软件工具 51.5实验成果展示 52 AT89S52单片机 73 温度采集模块 93.1温度传感器DS18B20简介 93.2DS18B20时序 103.3DS18B20电路 114 计时模块 124.1DS1302简介 124.2实验中DS1302的读写地址 124.3DS1302电路 135显示模块 135.1LCD1602简介 135.2LCD1602时序 145.3显示效果展示 155.41602闪烁报警 156串口通信及人机界面 167报警模块 177.1蜂鸣器报警 177.2液晶显示屏报警 188实验总结 19参考文献 20PAGE20摘要在现代工业生产和科学实验中，温度是最普遍、重要的参数之一。温度的变化会直接影响产品的质量和实验结果，与我们的生活息息相关。本文以AT89S52为核心，组成一个包括温度采集、数据处理、报警系统、液晶显示和人机界面等子系统的温度监视记录系统，其中以数字温度传感器DS18B20为数据采集端，DS1302为时钟芯片，采用LCD1602实时显示时间与温度信息、采用蜂鸣器及液晶显示屏闪烁进行报警，并且通过串口进行数据记录、制表以及生成温度变化曲线。实验表明，采用AT89S52控制的温度监测记录系统具有反应速度快，精度高等优点。人机交互界面有利于记录温度数据和预测温度变化的实现。关键词：温度采集；单片机；报警；人机界面；DS18B20AbstractInmodernindustrialproductionandscientificexperiment,thetemperatureisthemostcommonandimportantparameters.

Temperaturewilldirectlyaffecttheproductqualityandresults,andourlives.

AT89S52,asthecoreofthissysterm,includestheacquisitionformationoftemperature,dataprocessing,alarmsystem,LCDdisplayandhuman-machineinterfaceandothersubsystems,inwhichtheacquisitionformationofatemperatureuseofDS18B20,DS1302isatimingchip,

LCD1602displaytimeandtemperatureinformationinrealtime,thebuzzerandLCD1602alarmwhentemperatureisoutofrange,dataloggingviatheserialport,temperaturecurvesisdrawed,finally.

ExperimentsshowthatAT89S52controlledtemperaturemonitoringandrecordingsystemwithfastresponse,highprecision.

Man-machineinterfaceisconducivetorecordtemperaturedataandpredicttemperatureachieved.

Keywords:Temperaturecollecting;MCU;Alarm;Man-machineinterface;DS18B20前言1.1研究背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度监测占有着极为重要的地位。特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。单片机AT89S52是ATMEL公司所生产的一种低功耗、高性能8位微控制器，具备8K片上可编程Flsah存储器。AT89S52具有系统结构紧凑、功能简单、功耗小、体积小、价格便宜等优点，适合低成本的电气控制。1.2研究现状温度监测系统在工业生产中获得广泛的应用，在工业农业生产、国防、科研以及日常生活中占有重要的地位。温度监测系统为人类供热、取暖的主要设备驱动提供温度数据来源，它的出现迄今已有两百多年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度的要求的不断提高，温度测控系统的控制得到迅速的发展。当前比较流行的温度监测系统有基于PLC的温度监测系统(如西门子S7-200)，基于工控制（IPC）的温度监测系统，集散型温度监测系统（DCS）（如科远NT6000），现场总线温度监测系统（FCS）等。本文设计以单片机为核心的温度监测记录系统，采用单片机的温度监测记录系统具有反应快，功耗小，价格便宜，电路简单等优点。1.3本文研究内容及流程图本文介绍以单片机AT89S52为核心，主要以温度数据测试记录为主的系统。系统流程图：图1系统流程系统模块图：单片机AT89单片机AT89S52温度采集时钟控制数据显示通信模块报警模块人机界面图2系统模块系统以AT89S52为核心通过温度传感器DS18B20进行温度数据采集，采用时钟芯片DS1302实现计时功能，采用LCD1602显示实时时间和温度信息，通过串口实现系统和PC机通信进行时间调整、时间温度数据记录的功能，采用蜂鸣器实现温度越界的报警功能。1.4毕业设计中用到的硬件及软件工具毕业设计中硬件：AT89S52开发板LCD1602液晶显示器DS18B20温度传感器DS1302计时芯片有源蜂鸣器无源蜂鸣器NE555定时器三极管电阻等毕业设计中用到的软件：KeiluVision3AVR_fighter.exeUartAssist_3.6.exe1.5实验成果展示实验硬件展示图3硬件展示设计是以上海浩豚电子科技有限公司提供的Mini80开发板为基础进行的。Mini80开发板集数码管、矩阵按键、发光二极管、RS232通信接口、红外接收头、遥控器红外发射管、喇叭、单色点阵、DS18B20接口、USB供电、4相步进电机、DS1302时钟芯片、标准1602液晶接口，标准12864液晶接口等功能与一体。集合了常用原件与接口，适合单片机的学习与开发。实验温度数据曲线图4温度曲线实验中运用Excel表格功能进行温度曲线的绘制。AT89S52单片机AT89S52单片机简介AT89S52为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。AT89S52引脚图：图5AT8952引脚AT89S52引脚一共40个，其中包括VCC、GND、XTAL1、XTAL2、RST、VPP、ALE、PSEN及三个八位数据端口。AT89S52主要功能：1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash2、晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）3、内部程序存储器（ROM）为8KB4、内部数据存储器（RAM）为256字节5、8个中断向量源6、32个可编程I/O口线7、三个16位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道单片机最小系统介绍图6单片机最小系统实验中晶振取11.0592温度采集模块3.1温度传感器DS18B20简介DS18B20具有超小的体积，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高，附加功能强等优点，使得DS18B20很受欢迎。DS18B20实物图图7DS18B20管脚图DS18B20主要特征1.全数字温度转换及输出2.先进的单总线数据通信3.最高12位分辨率，精度可达0.5摄氏度4.12位分辨率时最大工作周期为750毫秒5.可选择寄生工作方式6.检测温度范围为-55℃7.内置EEPROM及限温报警功能8.64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接9.多样封装形式，适合不同硬件系统3.2DS18B20时序DS18B20初始化时序初始化时序包括一个主机发出的复位脉冲以及从机的应答脉冲，这一过程如下图所示，复位脉冲是一个480us至960us的低电平，然后释放总线拉直高电平，时间持续15us至60us之后，从机开始向总线发出一个应答脉冲，该脉冲是一个60us至240us的低电平信号，表示从机已经准备好。在初始化过程中，主机接收脉冲的时间最少是480us。图8DS18B20初始化时序DS18B20写时序DS18B20的写时序如下图所示，分别写0和写1时序两个过程，主机把单总线从高电平拉到低电平时，表示一个写周期的开始。当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20在15us至45us之间能够正确的采样总线上的低电平；当要写1时，单总线被拉低以后在15us之内就得释放单总线，将总线拉为高电平。除此之外，两个写周期之间至少要有1us的恢复时间。图9DS18B20写时序3.3DS18B20电路DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容，在信号线处于低电平时消耗电容中的电能进行工作，直到高电平给寄生电源充电。DS18B20独特的寄生供电模式有三个好处：可以进行远距离测量温度，无需本地电源电路简洁，仅用一根I/O口实现测温在没有常规电源的条件下读取ROM寄生电路只能适合单点温度的测量，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点温度的测量时，只靠4.7K的上拉电阻无法提供足够的能量。本实验中是单点温度测量，可以运用寄生电源供电模式,连接电路：图10DS18B20寄生电源供电电路计时模块4.1DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压宽2.5~5.5V。时钟可工作在24小时格式或12小时（AM/PM）格式。DS1302与单片机的接口使用同步串行通信，仅用3条线与之相连接。可采用一次传送一个字节方式或突发一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的功能。4.2实验中DS1302的读写地址1302的写地址：codeunsignedcharwrite_rtc_address[7]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c};数据依次是秒、分、时、日、月、周年用于接收串口发送的时间数据实现对时功能。1302的读地址：codeunsignedcharread_rtc_address[7]={0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8b,0x8d};数据依次是秒、分、时、日、月、周年数据送入1602LCD进行显示实时时间。4.3DS1302电路DS1302与AT89S52连接需要三根线：即SCLK、I/O和RST。连接电路：图11DS1302电路5显示模块试验中采用LCD1602进行显示。5.1LCD1602简介液晶显示器LCD1602以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等优点得到广泛应用。图12LCD1602管脚图1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线，多出来的两条是背光电源线。1602LCD的主要技术参数：显示容量：16×2个字符芯片工作电压：4.5V~5.5V工作电流：2.0mA（5.0V）模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95×4.35（W×H）nm5.2LCD1602时序显示模块设置（初始化）：00111000[0x38]设置16×2显示，5×7点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置（初始化）：00001DCBD显示（1有效）、C光标显示（1有效）、B光标闪烁（1有效）000001NSN=1（读或者写一个字符后地址指针加1并且光标加1）N=0（读或者写一个字符后地址指针减1并且光标减1）S=1且N=1（当写一个字符后，整屏显示左移）S=0当写一个字符后，整屏显示不移动数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码（0-27H，40-67H）其他设置：01H（显示清屏，数据指针=0，所有显示=0）；02H（显示回车，数据指针=0）通常推荐的初始化过程：延时15ms写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms写指令38H写指令08H关闭显示写指令01H显示清屏写指令06H光标移动设置写指令0CH显示开及光标设置完毕5.3显示效果展示图13LCD1602液晶显示效果第一行显示日期，第二行显示时分秒及温度数值。5.41602闪烁报警试验中当温度超过上限或低于温度下限时，设置1602闪烁进行报警。报警时显示"ExceededLimit!"并且屏幕闪烁。while(ALARM_on==0xFF) { v_TemperatureUpdate_f(); ALARM=0; LCD_write_str(0,0,"ExceededLimit!"); i=4; n=7;p=Temperature; while(n--) { LCD_write_char(i,1,*p); i++; p++; } delay_ms(250); LCD_clear(); delay_ms(100); } 6串口通信及人机界面本文采用串口调试助手UartAssist进行串口通信。图14串口调试助手UartAssist可以选择数据接收转向文件，直接生成多种文件形式如文本文档、Execl文档形式等。本文生成Excel表格直接进行数据填充，便于数据统计工作。UartAssist可以向单片机发送时间以更改1302的时间，实现对时功能。7报警模块7.1蜂鸣器报警蜂鸣器说明蜂鸣器具有体积小、重量轻、价格低、结构牢靠等特点，被广泛应用于各种需要发声的电器设备、电子制作和单片机等电路中。蜂鸣器分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。本文根据采用两种进行设计分别做报警电路。有源蜂鸣器：输入信号为直流电。无源蜂鸣器：因为