【基于STC89C52单片机的电子温度计的设计研究7600字（论文）】

PAGEPAGE1基于STC89C52单片机的电子温度计的设计与实现目录TOC\o"1-3"\h\u115551绪论 5140091.1课题背景 597511.2研究目的与意义 518661.3研究现状 668451.4单片机应用的发展及现状 6113781.5本文的主要研究内容及论文结构安排. 7326582温度计方案研究与论证 9266642.1多功能红外线温度计的设计框架 9226522.1.1系统架构设计 9228932.1.2功能分析 9123542.2系统器件的选型 9287922.2.1MCU的选型 9114282.2.2显示器件的选择 10248052.2.3温度采集模块的选择 10113292.2.4按键的选择 11272653硬件设计 1212033.1硬件系统架构设计 12218813.2单片机最小系统设计 12272713.2.1单片机芯片 1294533.2.2时钟电路 1366523.2.3复位电路 13233543.3按键电路设计 14177863.4MLX96014ESF非接触式红外测温模块电路的设计 14188343.5LCD1602液晶显示模块电路设计 15122914软件系统设计 16245674.1单片机程序开发环境 16132984.2KeiluVision4软件开发流程 1690635系统安装于调试 1735935.1实物安装与焊接 17290745.2软件测试 17126375.2.1静态调试 17298775.2.2动态调试 177346结论 188218参考文献 191绪论1.1课题背景随着我国科学技术的飞速发展和应用，单片机的技术发展也得到了很好的发明需要。目前，温度在机械和电力等领域中占据着重要地位，由于能够体现物体在分子之间摩擦运动的物理参数是温度，是一个能够表现物理宏观温度的物理量，更是一个可能起到颠覆性的重要参数。目前全国各种温度计在各个行业的应用已经非常广泛，相较于国内目前研究的温度计来讲，其顶层设计高度还仍然有待提高，而且精度要求也是非常差。因此需要有更好的温度控制系统来提升数字温度计的要求，其重要意义在于能够促进人们向着智能化、数字化系统方向发展。红外线温度计采用的是非接触的形式进行测温，打破了之前传统的接触式测温的模式。能够不接触不破坏被测物体的温度场的分布，对温度变化敏感，结果出来得快，测温的物体分布广，可测温度差大，稳定性良好，可同时测量被测物体周围环境的温度也可测量被测物体的温度。本文的设计将以51单片的主机核心作为一个控制处理中心，负责通过对所测量的各种温度信号来实时收集测量数据，然后对其进行数据分析和并计算所得出的测量温度计数值。并将视频采集后得到的视频数据用一个大的液晶屏幕上显示并输出来，这一部分主要原理是由视频光学信号系统，光电信号检测器，信号采集放大器和51单片机的视频信号采集处理，显示器和输入等几个部分共同工作组成而来的。该研究课题希望可以帮助考察我对于应用单片机的以及其应用相关的集成电路和应用软件库的编写计算机使用等知识的学习情况以及掌握程度，将理论知识转化成实践能力的全面训练和考察。1.2研究目的与意义对于温度的测量也有各种各样的方法，传统的测量方法品种繁多，作用范围各有千秋，费时费力而且精度差，有时候不能满足所需范围要求，使得一些高要求的产品错过了最佳时机，导致产生不可控的后果。相比这样的温度测量方法已经落后于现代社会的发展，而温度传感器的使用可能突破这个瓶颈，同时单片机是形成微型计算机所需的根本的功用部件，具有硬件密集度大、功能多元化和物美价廉等优点，在这两者相辅相成的相互作用下产生的作用一目了然。因而使用温度传感器加上单片机的管控构成的红外线温度计整体，这样的方法不仅准确度高、便捷速度、囊括领域多，显示数值也直观，而且有利于提高要求温度的准确测量。温度不仅是量的表现还是基于环境参数的考量，它能够直接影响大家生活的方方面面。人们美好生活的需要与温度有着相当密切的关系，永远都无法分离，在目前的社会环境中，温度的要求也越来越高并且也有着很大的区别。面对各种各样的温度要求，相信红外线温度计可以轻松地在工厂冶炼，医疗器械，冰柜，冷仓，微波炉，电磁炉等各个方面面对，并可以实现其应有的目标，使其发挥作用重要的角色意义。1.3研究现状温度是一个非常有用的物理量，各方面都可以用到。测量温度有许多的方法，常用的有电阻型、石英谐振型、PN结型和热电偶型等，由于温度的改变会引起其物理参数的变化，正是这一原理保证了这几种测温方法的有效性。测量温度的技术的不断地得到突破，许多新的测量原理和技术也陆续得到开发和利用。人们不断地生产越来越高级的温度传感元件。目前，由于计算机和电子技术的快速发展，以及传感器精度水平的提高，国内外数字温度计应用的范围越来越广泛。在数字温度计的制作研究等方面十分详尽，所用的方法也各不相同。美国一家公司生产的一个可以进行单线性的温度传感器芯片是当前最常用并且相比较其他芯片算是比较先进的DS18B20，它改进了以往的常用的温度传感器的缺点。DS18B20的主要优点是能够直接地将获得的温度信号转换成单片机需要的数字信号，而不像以往那些温度传感器那样只能保存住获得的温度信号，而需要专门安装信号转换芯片才能实现数模转换。因为每一个DS18B20都有自己特有的标识码，可以在一条总线上加接多块DS18B20，所以DS18B20很适合构成一套多位置的温度测量的系统。同时由于其出色的功能，小尺寸，高可靠性和低价格，MCU受到了研究人员的高度重视。其应用领域包括工业测量和控制，智能仪器，尖端技术和日常用具。以单片机为核心设计某种电子电路相对简单易行。目前，大多数数字温度计都是以单片机为基础，以MCU为核心研发。1.4单片机应用的发展及现状在20世纪的50年代中期，世上第一台完全可以采用现代数学公式运算法和模型操作方式的个人电脑已经诞生了。单片机的全称为单片微型计算机，是非常典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），其英文字母的缩写为MCU，单片机又可以称为单片微控制器，它不是一个用来完成某一个逻辑功能的芯片，相反它有很强的集成功能，可以把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机的构造已比较完备，它由存储器，运算器，控制器和输入输出设备构成，与一个微型的计算机（最小系统）已不相上下，相比较计算机，它只是不具备外围设备等。简单地说：这一块芯片已是一台计算机。正是如此，它具有质量轻、体积小的优势，价格也相对便宜，用户受众较广，便于学习、开发和利用。同时，正是由于单片机构造的相对完整性，它也是学习和了解计算机原理及其结构的较好的选择之一。它的应用也较为广泛，最先是在工业控制领域得到发展。也正是由于其在工业控制领域较为普遍的应用，使其功能更加完备。单片机是在仅仅具有CPU的专用处理器芯片的基础上发展演变的。为了方便，最早的设计者将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，如此一来，计算机系统就变得更小，更容易集成进较为复杂而对体积要求严格的控制设备当中。此后电子计算机经历了四个阶段的快速发展。主要包括以下四个层次。第一阶段：采用电子管控制的阶段。第二阶段：晶体管控制的阶段。第三阶段：采用集成电路的控制阶段。第四阶段：采用超大功率的集成电路的控制阶段。当前我们所使用的各种计算机主要是采取第四时期超大尺寸集成电路来进行控制。主要具备性能好，性价比高，体积小，性能稳定等优点。除此之外，计算机技术发展的另一个方向，那就是功能越来越强大，体积也越来越小，系统也越来越稳定，功能也越来越人性化。其中，体积越来越小化已经是当前从事计算机开发技术研究的主要领域，就是将计算机控制器的各个组成部分直接融合到一块具有集成电路板的计算机上，所以才产生了广泛的、具有大规模集成和控制功能的微小型电子计算机。简称为单板小型数字控制器，缩写MCU，生产研究这类的单片机的公司主要是大型公司，每个公司生产和研究的单片机都有着各自的特色，运用的场合也不相同。1.5本文的主要研究内容及论文结构安排.本文由方案构思、硬件设计、软件设计构成。方案构思时首先需要明确根据市场需求和功能需求，以此为基础来进行模块化设计，避免盲目设计和不合理的设计，确定一个合理且实用的方案。硬件设计电路在我们进行硬件设计时，首先我们需要根据各种电子功能板的需求情况来自行决定如何正确进行各种相应电子元器件设计选型，确定好所需元器件后，分析各个硬件的工作特性，再进行合理的布局。尽可能多地选取一些典型的电路，以标准化、模块化的原则来设计一个软硬件电路，在确保系统稳定的前提下进行功能的开发。软件设计时，要先根据功能需求进行流程图的设计，建立一个合理且精简的程序结构，确保程序能够稳定高效地运行。程序设计不能盲目追求复杂，要遵循结构化程序设计原则，先考虑整体再考虑局部，进行模块化设计，确保程序的精简和可读性，便于后期维护与修改。最后，在硬件设计和软件设计的基础上进行不断的调试、验证，保证系统的稳定性和功能的正常实现。

2温度计方案研究与论证2.1多功能红外线温度计的设计框架2.1.1系统架构设计图1系统设计框图本系统核心是由MLX90614ESF红外非接触温度检测电路进行温度测量，然后将信息传送到单片机中，与经由按键电路设置的阈值进行比较，若超过阈值蜂鸣器报警，反之蜂鸣器不报警。2.1.2功能分析多功能红外线温度计具有以下功能：(1）自动按键功能：用户可以通过按下该键来设定温度的阈值，如果检测得到的温度超出了设定的温度阈值，则蜂鸣器报警，反之蜂鸣器就不报警。(2）液晶显示屏可以实现对当前目标的温度显示。(3）通过按键可以控制电路是否运行并进行阈值设置。2.2系统器件的选型基于单片机多功能红外线温度计的设计，在市场上元器件类型多，差距较大，有的价格高，不适用于研究，有的功能有偏差，也不适用于研究，所以针对不同的研究选择合适的元器件很有必要，这样不仅仅减少了研究的难度，也大大的节约了时间，节约了成本，避免了浪费。2.2.1MCU的选型(1)51单片机优点：被研究得时间长，运用的范围广，产量大所以价格低，低功耗，高效率，性价比高，所需要的成本低。缺点：面世的时间太过久远，和当前的单片机有技术上的差距，片内的资源也远不如当前单片机的丰富指令结构太多单一，运行速度慢，无法满足复杂程度较高的系统。(2)STC89C52单片机优点：是STC公司生产的一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，具有8K字节的系统可编程Flash存储器。接口丰富，而且价格也较低，适合用于相对于复杂的系统。缺点：模式只有12T和6T两种模式，没有1T这种模式，所以速度相对于12或者15这两种系列较慢。(3)PIC单片机优点PIC系列CMOS单片机具有独特的RISC结构，指令执行效率高，低电压，低功耗，驱动能力强，有优越的开发环境。缺点：性价比一般，且更适合汇编语言编程。综合比较得出，STC89C52单片机，性价比高，接口丰富，价格也比较低，能够满足本次系统设计的需求。且该类单片机运用于相对复杂的系统开发网上案例较多，所以教程比较丰富，方便学习经验，以便于自主开发。所以本系统采用STC89C52单片机作为本次系统设计的主控芯片。2.2.2显示器件的选择（1）LCD液晶显示优点：显示信息量充足，内部的资源丰富，能够准确的显示我所需表达的物理量，价格低，适用面广，功耗低，可靠性高，能够很容易地找到其使用教程。缺点：背光显示，可视的角度有限，在强光下显示效果不好。（2）LED灯优点：强光下可以显示清晰，编程较为简单，价格偏低，性价比较高。缺点：显示的数据不够多，内容也比较单一固定。综合所需，由于本研究所需显示的数据较多，且所需的数据类型较多，同时LCD编写简单，价格也较低，显示的内容也足够多，所以本研究选择LCD液晶显示。2.2.3温度采集模块的选择（1）PT100铂电阻温度传感器：优点：此传感器属于电阻传感器，此温度计有零度，性能比较稳定范围在－200℃~850℃。缺点：需要使用复杂的换算公式将电阻变化换算成温度变化，因为其阻值随温度变化而变化，这样会给系统带来误差，且本身体积较大。（2）AD590温度传感器：优点：较为常见的温度传感器，测量精准度高，测量范围广，此传感器属于电流传感器，所以较为稳定。缺点：价格高，体积也较大，速度变化过快会产生滤波效果，时效性差。（3）DS18B20温度传感器：优点：测量范围较广，精准度较高，成本低，稳定性也较好，体积较小。缺点：集成程度高，过于麻烦，不适用本研究。（4）MLX90614ESF非接触温度传感器：优点：属于非接触红外线温度传感器，实现真正的不接触，而且体积小，价格低，易集成，也可以进行非接触测温，准确度高，适用范围广。所以选择MLX90614ESF非接触温度传感器，实现真正的红外线温度计。2.2.4按键的选择（1）纽扣开关：优点：长相以及安装位置醒目，按下可以自锁不会复位。缺点：与轻触开关相比行程较长。不适用本研究（2）轻触开关：优点：可以改变接点状态，接点的容量小，结构较为简单，力取消后可以自锁不会复位。缺点：要与PCB电路板一起构成开关控制系统，不能独立控制。

3硬件设计3.1硬件系统架构设计本电路设计由STC89C52单片机控制电路，LCD1602液晶显示电路，MLX90614ESF红外非接触温度检测电路，电路按键电路，电路蜂鸣器报警控制电路。1、液晶显示可以实时显示由MLX90614ESF检测所得到的被测物体周围环境温度，被测物体温度，显示中用E表示被测物体周围环境温度，用O表示被测物体温度。2、按键电路可以设定阈值，如果MLX90614ESF检测得到的被测物体温度超出了所设定的阈值，蜂鸣器会自动进行报警，反之蜂鸣器就不报警。图2系统原理3.2单片机最小系统设计STC89C52单片机最小系统主要包括复位电路、时钟电路和电源电路。拥有了这三部分电路后，单片机就能够正常工作运行了。3.2.1单片机芯片本次设计选取的是STC89C52单片机，该芯片是整个系统的主控芯片。主要用到的有：（1）VCC：承担供电电压（2）GND：接地引脚（3）P3.0RXD：串行输入口（4）P3.1TXD：串行输出口（5）P3.2/INTO：外部中断03.2.2时钟电路时钟控制电路主要由电容晶振y1、瓷片2和电容时频c1与晶振c2构成。有控制芯片的数字电路正常工作运行时需要一个TIME（时钟）控制电路，这个时钟控制电路自动发出系统时间，让其正常工作运行。这个工作方式叫做“拍”，为了提高他的正常信号工作处理能力，我们通过选择使用11.0592mhz的晶振和30pf的射频电容晶振来对其信号进行正确分类和合理组合，电容为了更好地能够帮助晶振起震的，满足了所有的要求数字射频控制器在一次上下通电后就已经能够正常工作运行。图3时钟电路图3.2.3复位电路复位控制电路主要由按键S1、电解器内部的按键EC1、以及连接电阻器的R1等部分元件构成。具有手动按键复位、上电自动复位两种。手动按键复位就是采集到的高端信号后进行手动复位。上电自动复位就是检测到高电平后，通过电阻与接地形成一条通路，然后将高电平变成低电平。图4复位电路图3.3按键电路设计轻触按键是按键产品中的一款分类产品，它是一种电子开关，按下时就是接通电路，松开时就是断开电路，实现原理主要是通过按键下的电片来实现。在本系统中，按键作为上限温度的输入，起到了人机交互的作用。按键的单片机控制引脚时认为高电平，当按键按下后，单片机的相关引脚则认为变成低电平，从而进行电平的输入。图5按键电路图3.4MLX96014ESF非接触式红外测温模块电路的设计MLX96014是一款非接触式红外测温的温度计。内部集成了低噪声放大器，17位ADC和DSP单元，使得温度计可以实现高精度，在温度测量范围内的分辨率为0.02℃。本传感器体积小，成本较低，易集成。模块参数：（1）模块型号：GY-906；（2）芯片：MLX90614；（3）供电电源3-5V；（4）传感器温度范围40-125℃；（5）物体温度范围70-380℃；（6）PWM读数输出；模块接口：（1）VCC接5V；（2）GND接地；（3）SCL时钟端，接单片机引脚；（4）SDA数据端，接单片机引脚；3.5LCD1602液晶显示模块电路设计LCD1602的液晶显示主要可以分为两种，一种采用的是数码字符显示，一种采用的是数码字段式显示，本产品设计中所采用的是数码字符式显示，液晶的数码式显示系统具有了体积小，功耗小，显示的内容较为丰富的特点，现在这是电路设计中较为常见的显示元器件了。其主要参数如下：一、模块参数（1）显示容量为16×2个字符；（2）芯片工作电压为4.5～5.5V；（3）工作电流为2.0mA（5.0V）；（4）模块最佳工作电压为5.0V；（5）字符尺寸为2.95×4.35（W×H）mm。二、LCD1602采用标准的14脚，其接口的引脚说明如下：（1）第1脚：VSS为的电源。（2）第2脚：VDD接5V正电源。（3）第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端。（4）第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。（5）第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。（6）第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。（7）第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

4软件系统设计4.1单片机程序开发环境本次系统所采用的环境为keil

uvision4,keil

uvision4开发的软件，它是目前51系列单片机系统的一个主要程序开发。可以降低产品的开发周期，从而减少许多的成本。（1）KeiluVision4可以完成从编辑、编译、到连接、调试的一套开发流程。（2）KeiluVision4更加增强了对内核微控制器的开发支持，并对开发形式和开发界面进行相应的改进。4.2KeiluVision4软件开发流程首先建立“Project”工程，选择“NewuVisionProject”，为新建的工程命名后保存；然后选择开发单片机芯片的型号，本工程选择“STC89C52”，当工程建立完毕后，点击“SourceGroup”，可以往里面添c文件，点击Add就可以编辑文件了，也可以把c文件拷贝到建立的“Project”目录下面，这样工程软件就建立完毕了。

5系统安装与调试5.1实物安装与焊接实物的安装是电子设计中重要的一环，它是将理论转成实物的重要一环，其中焊接在其中最为重要的一环，焊接需要在万能板上完成，主要分为5个步骤：保证万能板的干净，元器件布局，焊接的过程中动辄十几二十几根跳线，如果之前没有布局好容易导致导线折断。插件，围绕核心元件进行插件，这样会美观，而且会事半功倍的效果。注意烙铁头不能长时间接触元器件，避免元器件高温烧坏。也需要保证焊点光滑饱满，避免虚焊，也要保证没有短路。5.2软件测试最后一步调试便是电子硬件的一个整体性能调试了，主要调试是通过运用万用电压表、直流电源或者射频示波器等多种方法