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1、溫度報警器設(shè)計學(xué) 院 專 業(yè) 電子信息工程班 級 學(xué) 籍 號 姓 名 指導(dǎo)教師 0000年00月00日目錄目錄II第1章緒論31.1溫度報警器概述31.2 溫度報警器發(fā)展前景31.3 本設(shè)計任務(wù)4第2章總體方案論證與設(shè)計52.1 方案論述52.2 總體硬件組成框圖5第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 單片機(jī)63.2 溫度采集電路63.2.1 PT100溫度傳感器63.2.2 測溫電路73.3 A/D轉(zhuǎn)換電路73.3.1 ADC0801介紹73.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理83.4 溫度顯示電路8第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計94.1 軟件設(shè)計思路94.2 主程序設(shè)計9第5章系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析105.1 使用
2、的儀器儀表105.2 系統(tǒng)調(diào)試105.2.1 硬件調(diào)試105.2.2 軟件調(diào)試105.2.3 硬件軟件聯(lián)調(diào)105.3 測試結(jié)果10附錄1 系統(tǒng)電路圖12附錄2 元器件清單13附錄3 程序清單14第1章 緒論溫度是一個十分重要的物理量,對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高,人們也迫切需要檢測與控制溫度。溫度報警器廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中:環(huán)境溫度檢測,機(jī)房溫度監(jiān)測及報警,蔬菜大棚、花窖、魚塘水溫監(jiān)測,工廠用的烘箱、電爐,汽車低溫報警(提示司機(jī)路面結(jié)冰),實驗室,冷庫、倉庫溫度監(jiān)測及報警等等,其研究具有一定的學(xué)術(shù)價值和廣泛的市場前景。1.1
3、 溫度報警器概述現(xiàn)代社會是信息化的社會,隨著安全化程度的日益提高,機(jī)房作為現(xiàn)代化的樞紐,其安全工作已成為重中之重,機(jī)房內(nèi)一旦發(fā)生故障,將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓,造成巨大的損失和社會影響。造成高溫火災(zāi)有:電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發(fā)高溫或火災(zāi);靜電產(chǎn)生高溫或火災(zāi);雷電等強(qiáng)電侵入導(dǎo)致高溫或火災(zāi);最主要是機(jī)房內(nèi)電腦、空調(diào)等用電設(shè)備長時間通電工作,導(dǎo)致設(shè)備老化,空調(diào)發(fā)生故障,而不能降溫;因此機(jī)房內(nèi)所屬的電子產(chǎn)品發(fā)熱快,在短時間內(nèi)機(jī)房溫度升高超出設(shè)備正常溫度,導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或產(chǎn)生火災(zāi),這時超溫報警系統(tǒng)就發(fā)揮應(yīng)有的功能。本文介紹的是采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報警器,當(dāng)由金屬探頭所接觸的溫度通過傳感
4、器到開關(guān),如果溫度超過預(yù)定值,此時的開關(guān)即開啟,連接報警器發(fā)出報警聲,此時的發(fā)聲的報警裝置可以通過改變一些元器件的接法而發(fā)出不同的聲音。為了增加實用效果,特添加由共陽極雙色發(fā)光管組成的指示電路.電路不報警時為綠燈,反則報警時為紅綠交替。1.2 溫度報警器發(fā)展前景目前我國人民生活水平有所提高,一些電器產(chǎn)品正深入到千家萬戶,據(jù)統(tǒng)計,我國目前有約13億人口,幾乎每個家庭都用過象熱得快之類的燒水工具。隨之而來的便是由于使用不當(dāng)或在使用的同時卻忘了而發(fā)生的事故。如果將本系統(tǒng)用于實際,可以有效遏制該類事故發(fā)生。因此,如果實際的產(chǎn)品一旦投放市場,必將有很大的市場空間和廣闊的發(fā)展前景。本產(chǎn)品在把一些連線以不同
5、的方式連接時,可以發(fā)出不同的報警聲。本產(chǎn)品克服了現(xiàn)在流行的報警器的缺點,成本低,具有更大的實用性、新穎性。主要創(chuàng)新點及應(yīng)用前景如下:高靈敏度,高穩(wěn)定性,報警及時。本系統(tǒng)能具有高靈敏度和高穩(wěn)定性,得益于系統(tǒng)有很好的傳感器。但是它仍然有一定的缺陷,自身有很大的局限性。如果能夠把更好的傳感器應(yīng)用到該產(chǎn)品中,該產(chǎn)品會有更廣闊的發(fā)展前景。1.3 本設(shè)計任務(wù)本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機(jī)為控制核心,再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電器、報警電路、復(fù)位電路以及2個LED數(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測,并能在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)用LED顯示,同時在超過預(yù)設(shè)范圍時產(chǎn)
6、生報警信號。本文分析了溫度傳感器的工作原理,系統(tǒng)硬件電路以及軟件部分的設(shè)計。第2章 總體方案論證與設(shè)計本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機(jī)為控制核心,再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電器、報警電路、復(fù)位電路以及2個LED數(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測,并能在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)用LED顯示,同時在超過預(yù)設(shè)范圍時產(chǎn)生報警信號。該系統(tǒng)軟件采用C語言實現(xiàn),方便移植且開發(fā)簡單。本溫度報警器功能實用、成本低廉、操作方便、有一定的實用價值。2.1 方案論述方案一:通過PT100熱敏電阻對溫度進(jìn)行采集,隨著溫度的變化,PT100的阻值也會隨著變化,則通過自制的橋式測溫
7、電路的分壓也會發(fā)生變化,由于變化的分壓不是很大,所以采取UA741CN放大器將變化的電壓進(jìn)行放大,放大到AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠處理的范圍之內(nèi)。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度信號傳入到AT89S52單片機(jī),再由單片機(jī)控制繼電器、蜂鳴器和數(shù)碼管來實現(xiàn)溫度控制、報警、顯示的功能。當(dāng)溫度在18度至70度之間時,系統(tǒng)正確顯示溫度,當(dāng)溫度超出這個范圍時系統(tǒng)在顯示溫度的同時發(fā)出警報聲。方案二:主電路由NTC測溫電阻,可調(diào)溫度電位器,低頻振蕩器和音頻振蕩器四部分組成,工作原理如下:由電位器設(shè)定好溫度值,當(dāng)溫度升高時,測溫電阻NTC的電阻值降低,達(dá)到CD4011輸入高電平閥值,導(dǎo)致低頻振蕩器工作,調(diào)制音頻振蕩器,通過三
8、極管放大,由報警裝置發(fā)出報警聲。通過對比,從適用前景和市場經(jīng)濟(jì)效益分析來看,選擇第一種方案比較合理。2.2 總體硬件組成框圖系統(tǒng)原理圖見圖2-1所示:溫度檢測AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89S52單片機(jī)LED顯示蜂鳴器繼電器圖2-1 溫度報警器系統(tǒng)第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性,我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機(jī)通信模塊等三大模塊。3.1 單片機(jī)本設(shè)計采用MCS-51系列的AT89S52單片機(jī),因為AT89S52單片機(jī)應(yīng)用廣泛,性能穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),性價比高。8051包含了8位CPU,片內(nèi)振蕩器,8K字節(jié)RO
9、M,256字節(jié)RAM,3個16位定時器/計數(shù)器等。AT89S52的管腳分配如圖3-1:圖3-1 AT89S52的管腳分配圖3.2 溫度采集電路 PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器,主要技術(shù)參數(shù)如下:(1) 測量范圍:-200+850;(2) 允許偏差值:A級(0.15+0.002|t|),B級(0.30+0.005|t|);(3) 最小置入深度:熱電阻的最小置入深度200mm;(4) 允通電流5mA因為PT100是將溫度轉(zhuǎn)換為電阻,而單片機(jī)處理的為數(shù)字電壓信號,則要將電阻轉(zhuǎn)換為電壓,同時對電壓信號進(jìn)行放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換ADC0801的VI+端口。3.2.2 測
10、溫電路測溫的典型應(yīng)用電路如圖3-2所示圖3-2 測溫電路測溫原理:采用 R1、R2、VR2、Pt100 構(gòu)成測量電橋(其中 R1R2,VR2 為 100精密電阻),當(dāng) Pt100 的電阻值和 VR2 的電阻值不相等時,電橋輸出一個 mV 級的壓差信號,這個壓差信號經(jīng)過運(yùn)放 UA741 放大后輸出期望大小的電壓信號,該信號可直接連 AD 轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中 R3R4、R5R6、放大倍數(shù)R5/R3,運(yùn)放采用單一 5V 供電。3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路3.3.1 ADC0801介紹ADC0801是8位全MOS中速A/D 轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器,片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器,可以和單片機(jī)直
11、接口接。其主要引腳功能如下:(1)RD,WR:讀選通信號和選通信號(低電平有效)。(2)CLK:時鐘脈沖輸入端,上升有效。(3)DB0DB7是輸入信號。(4)CLKR:內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端,與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖,其頻率為1/1.1RC。(5)CS:片選信號輸入端,低電平有效,一旦CS有效,表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中,可啟動。(6)WR:寫信號輸入,接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動輸入端,低電平有效,CS、WR同時為低電平時,啟動轉(zhuǎn)換。(7)INTR:轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號,低電平有效,輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。(8)CLK:
12、為外部時鐘輸入端,時鐘頻率高,A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10-1280KHZ,典型值為640KHZ。此時,A/D轉(zhuǎn)換時間為10us。通常由MCS51單片機(jī)ALE端直接或分頻后與其相連。當(dāng)MCS單片機(jī)與讀寫外,RAM操作時,ALE信號固定為CPU時鐘頻率的1/6,若單片外接的晶振為6MHZ,則1/6為1MHZ,A/D轉(zhuǎn)換時間為64us。3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理ADC0801的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端DB0DB7與8051的相連。RD與AT89S52 RD相連,WR也是跟AT89S52 WR相連。CS、VIN+接地。(低電平有效)ADC0801的兩模擬信號輸入端,用以接受單極性、雙極性和差
13、摸輸入信號,與WR同時為低電平A/D轉(zhuǎn)換器被啟動切在WR上升沿后100 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器,同時,INTR自動變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束。如CS、RD同時來低電平,則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開,數(shù)字信號送出,而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài) 。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3-3所示。圖3-3 A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.4 溫度顯示電路LED數(shù)碼管顯示原理,共陰數(shù)碼管管腳分配如圖3-4所示:圖3-4 數(shù)碼管顯示原理第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分,在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計,將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式,這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植
14、性。4.1 軟件設(shè)計思路軟件設(shè)計的任務(wù)包括啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、溫度顯示等,其中啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、溫度顯示、溫度控制等工作都在主程序中完成。4.2 主程序設(shè)計本系統(tǒng)中下位機(jī)(單片機(jī)89C51)的主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化啟動AD轉(zhuǎn)換讀取AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)碼管顯示判斷溫度蜂鳴器報警開始繼電器控制YN圖4-1 程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表見附錄2。5.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案,本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分:硬件調(diào)試,軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模
15、塊設(shè)計法,所以方便對各電路模塊功能進(jìn)行逐級測試:LED驅(qū)動模塊的調(diào)試,數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試,PC機(jī)通信模塊的調(diào)試等,最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測試。5.2.1 硬件調(diào)試對各個模塊的功能進(jìn)行調(diào)試,主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.2.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器WAVE6000L及微機(jī),將編好的程序進(jìn)行調(diào)試,主要是檢查語法錯誤。5.2.3 硬件軟件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào),主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.3 測試結(jié)果熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號送入單片機(jī),經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度,同時判斷是否超出了18度至70度的范圍,超出了則斷開開關(guān)并啟動蜂鳴器發(fā)出警報聲,若沒有超出就自然
16、顯示溫度。結(jié)論熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號送入單片機(jī),經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度,同時判斷是否超出了18度至70度的范圍,超出了則斷開開關(guān)并啟動蜂鳴器發(fā)出警報聲,若沒有超出就自然顯示溫度。該溫度報警器在proteus中仿真理論上基本可以實現(xiàn),但是在仿真過程中還是發(fā)現(xiàn)了LED數(shù)碼管顯示并沒有按照程序設(shè)定的一個溫度值一個溫度值的變化,而是兩個溫度值兩個溫度值的變換。我個人覺得可能是proteus數(shù)字仿真軟件在仿真過程中存在延遲或者是誤差。本次實習(xí)在設(shè)計和制作溫度報警器的過程中,對在校學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識、電路知識以及C語言程序設(shè)計知識有一個全面的檢驗,在制作過程中也體驗了從電路圖的繪制到元器件的焊
17、接組裝調(diào)試的全過程。學(xué)會了proteus單片機(jī)仿真軟件使用的基本步驟,了解了各個元器件在proteus中的表示,掌握了proteus和keil uvision3聯(lián)調(diào)的方法,以及AD0801、AT89S52、測溫電路基本連接方法更培養(yǎng)了我更加細(xì)心、耐心的素質(zhì)。附錄1 系統(tǒng)電路圖附錄2 元器件清單名稱數(shù)量單片機(jī) AT89S521塊LED數(shù)碼管2支蜂鳴器1支繼電器1個三極管2支發(fā)光二極管2支運(yùn)算放大器UA7411塊15K電阻11個2.2K電阻1個3.9K電阻2個11K電阻2個22K電阻1個98電阻1個22PF電容2片150PF電容1片12M晶振1支二極管1支附錄3 程序清單#include #inc
18、lude #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit wr=P36; sbit rd=P37; sbit JRC=P31; sbit FM=P30; uchar data led4; unsigned char code tab = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /*1ms延時函數(shù)*/ delay(int t) int i,j; for(i=0;it;i+) for(j=0;j50;j+) ; void start() wr=1; wr=0; wr=
19、1; /* LED數(shù)碼管(顯示)功能子函數(shù)*/ void display(uint tvdata) uint k,temp; P2=0x00; k=tvdata%10; temp=tabk; P2=temp; delay(1); P1=0x00; k=tvdata/10; temp=tabk; P1=temp; delay(1); /*主函數(shù)開始*/ void main() uchar k,wendu; uint advalue; while(1) start(); k=k; k=k; rd=0; advalue=P0; rd=1; k=k; k=k; advalue=advalue*(1.9
20、4); switch(advalue) case 448: wendu=18;break; case 449: wendu=19;break; case 450: wendu=20;break;case 451: wendu=21;break; case 452: wendu=22;break; case 453: wendu=23;break; case 454: wendu=24;break; case 455: wendu=25;break; case 456: wendu=26;break; case 457: wendu=27;break; case 458: wendu=28;br
21、eak; case 459: wendu=29;break; case 460: wendu=30;break; case 461: wendu=31;break; case 462: wendu=32;break; case 463: wendu=33;break; case 464: wendu=34;break; case 465: wendu=35;break; case 466: wendu=36;break; case 467: wendu=37;break; case 468: wendu=38;break; case 469: wendu=39;break; case 470: wendu=40;break; case 471: wendu=41;break; case 472: wendu=42;break; case 473: wendu=43;break; case 474: wendu=44;break; case 475
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