基于51單片機的溫度報警系統(tǒng)

精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)電氣與電子信息工程學院智能電子產品設計與制作設計題目：基于51的溫度報警系統(tǒng)專業(yè)班級：電子信息工程2008級（1）班學號：姓名：指導教師：李玉平王海華設計時間：2010/5/23～2011/6/10設計地點：K2—高頻實驗室TOC\o"1-3"\h\u課程設計任務書2010～2011學年第2學期學生姓名：08電信本237名學生專業(yè)班級：08電信本2指導教師：工作部門：電信教研室一、課題名稱智能電子產品設計與制作二、設計目的為了進一步鞏固學習的理論知識，增強學生對所學知識的實際應用能力和運用所學的知識解決實際問題的能力，開始為期兩周的智能電子產品設計與制作課程設計。通過實訓使學生在鞏固所學知識的基礎之上具有初步的單片機系統(tǒng)設計與應用能力。三、設計內容以51單片機為控制器，加上外圍電路構成一控制系統(tǒng)，并以進行編程，要求能方便的進行人機交換。四、設計要求1、設計以51單片機為控制器的硬件系統(tǒng)。2、用LED或LCD進行顯示該系統(tǒng)的基本功能參數，用鍵盤進行參數的輸入。4、編寫程序。5、對系統(tǒng)的進行綜合和調試，使該同能穩(wěn)定運行，實現其基本功能。6、編寫課程設計的總結五、設計進度表序號設計內容所用時間1布置任務，學習鍵盤、LED或LCD和所用傳感器的工作原理以及硬件電路設計5天2完成鍵盤、顯示和功能程序設計4天3制作電路板2天4答辯、撰寫設計報告書4天合計15天六、設計報告課程設計報告的基本內容至少包括封面、正文、附錄三部分。課程設計報告要求統(tǒng)一格式，字體工整規(guī)范。1、封面封面包括“《智能電子產品設計與制作》課程設計報告”、班級、姓名、學號以及完成日期等。2、正文正文是實踐設計報告的主體，具體由以下幾部分組成：（1）課程設計題目；（2）課程設計任務與要求；（3）設計過程（包括設計方案、設計原理、創(chuàng)新點以及采用的新技術等）；（4）方案的比較與論證；（5）硬件電路設計，各個模塊的設計與器件的選擇；（6）軟件程序的設計與調試；（7）課程設計總結（包括自己的收獲與體會；遇到的問題和解決的方法；技術實現技巧和創(chuàng)新點；作品存在的問題和改進設想等）；3．附錄附錄1：系統(tǒng)硬件元器件清單附錄2：系統(tǒng)的程序七、考核方式與成績評定辦法評定項目評分成績1.方案的比較選擇合理（10分）2.設計原理正確，程序正確（20分）3.設計的實物功能齊全，制作美觀（20分）4.態(tài)度認真、學習刻苦、遵守紀律（15分）5.設計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于5篇）（10分）6.答辯（25分）總分(100分)備注：成績等級：優(yōu)（90分～100分）、良（80分～89分）、中（70分～79分）、及格（60分～69分）、60分以下為不及格。1、方案論證1.1設計要求題目：基于51單片機的溫度報警系統(tǒng)功能：①在數碼管上顯示當前溫度②超過溫度設定值，蜂鳴器自動報警AT89S52數碼管顯示溫度采集報警模塊1.2總體設計方案

1.2.1方案一

由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，感溫電路比較麻煩。

1.2.2方案二

進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。

從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。

1.3方案二的總體設計框圖AT89S52數碼管顯示溫度采集報警模塊圖1總體設計方框圖2硬件設計2.1系統(tǒng)組成及工作原理2.1.1主控制器單片機AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。

2.1.2顯示電路顯示部分采用三維共陽極數碼管顯示，溫度顯示范圍為0~99.9攝氏度，從p0口輸出段選信號，從P2.0~P2.2輸出位選信號。2.1.3溫度傳感器

DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現９～１２位的數字值讀數方式。DS18B20的性能特點如下：

●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；

●多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；

●無須外部器件；

●可通過數據線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；

●零待機功耗；

●溫度以９或１２位數字；

●用戶可定義報警設置；

●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；

●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；

DS18B20采用３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2所示。

圖2DS18B20內部結構框圖64位ROM的結構開始８位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后８位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。

DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結構為８字節(jié)的存儲器，結構如圖3所示。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為０，用戶要去改動，R1和Ｒ0決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。

由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。

高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。

當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以0.0625℃／LSB形式表示。

當符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位Ｓ＝１時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表2是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。

DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TＬ字節(jié)內容作比較。若Ｔ＞TH或T＜TL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。

DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器１；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應的一個基數分別置入減法計數器１、溫度寄存器中，計數器１和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數值。

減法計數器１對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器１的預置值減到０時，溫度寄存器的值將加１，減法計數器１的預置將重新被裝入，減法計數器１重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器計數到０時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。2.2DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。

當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。2.3主板電路

系統(tǒng)整體硬件電路包括：傳感器數據采集電路，溫度顯示電路，報警調整電路，單片機主板電路等，如圖所示。數碼管為三位一體共陽極數碼管，顯示當前溫度

。2.4顯示電路

顯示電路是使用的并口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用簡單，只用P0口2.5報警電路報警器件主要采用了蜂鳴器，采用了三極管作為放大器件，當溫度超過報警溫度時，三極管道通，蜂鳴器報警，當溫度較低時，三極管截止，，沒有電流通過蜂鳴器。3、軟件設計系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數據刷新子程序和中斷檢測溫度值子程序等。

3.1主程序

主程序的主要功能是負責溫度采集和實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，每20ms將當前溫度值和警戒溫度值比較一次，如果超過警戒值，這報警。其程序流程見圖8所示。開始開始溫度采集計算溫度溫度值顯示是否超過警戒值是否到20ms是溫度的檢測與控制是工業(yè)生產中比較典型的應用之一，隨著傳感器在生產和生活中的更加廣泛的應用，利用新型單總線式數字溫度傳感器實現對溫度的測試與控制得到更快的開發(fā)。本文設計了一種基于AT89C51的溫度檢測及報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)將溫度傳感器DS18B20接在控制器的端口上，定時對溫度進行采集，將采集到的溫度值與設定值進行比較，當超出設定的溫度上限時，通過蜂鳴器報警提示。報警是溫度的檢測與控制是工業(yè)生產中比較典型的應用之一，隨著傳感器在生產和生活中的更加廣泛的應用，利用新型單總線式數字溫度傳感器實現對溫度的測試與控制得到更快的開發(fā)。本文設計了一種基于AT89C51的溫度檢測及報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)將溫度傳感器DS18B20接在控制器的端口上，定時對溫度進行采集，將采集到的溫度值與設定值進行比較，當超出設定的溫度上限時，通過蜂鳴器報警提示。圖4程序流程圖3.2讀出溫度子程序

讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數據的改寫。其程序流程圖如圖9所示圖5讀取溫度子程序流程圖

圖5讀取溫度子程序流程圖3.3溫度轉換命令子程序

溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示

3.4計算溫度子程序

計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖10所示。開始開始提取讀取溫度值得低11位有效位整數位BCD碼轉化為十進制小數位BCD碼轉化為十進制結束

圖6溫度值轉換子程序流程圖4調試4.1keil調試成功的截圖4.2protues仿真圖5實物組裝及調試5.1實際遇到問題及解決方法5.1.1長距離走線問題？由于是用萬用板進行元器件的布局以及走線，對于從P0口輸出的段選與三位一體共陽極數碼管直接相連過于麻煩以及影響電路板的美觀，所以講輸入口接插針，然后通過跳線的方式進行連接，這樣既簡潔也方便焊接工作。5.1.2數碼管的位選以及段選確定方法？顯示模塊是用的三位一體的共陽極數碼管，實物有一共12個引腳，8個段選，三個位選，剩下一個引腳懸空，需要用萬用表測試出段選以及位選?？捎萌f用表的紅表筆任意接一個引腳，然后用黑表筆在其他引腳上掃過。根據對應的段選亮了，就可以確定此引腳對應的段選，如果都不亮，說明紅表筆接的不是位選端，可以講紅表筆重新移動一位，重復上操作，同時對應的哪一位數碼管亮，可以確定紅表筆接的是哪一位的位選端。5.1.3實際調試方法？電路板焊好之后，在上電之前，用萬用表測試個個引腳之間是否存在短路現象，然后測試個個模塊內部電路是否存在漏焊，虛焊，以及焊錯現象，發(fā)現可以及時改正。然后測試模塊之間是否存在漏焊，虛焊，以及焊錯現象。在確定電路板沒有焊錯情況下可以上電測試了。5.1.4數碼管顯示較暗解決方法？實際測試時，發(fā)現數碼管的顯示亮度很暗，開始以為是軟件部分數碼管動態(tài)顯示的時候掃描過快導致，在改動程序效果無較大改善的情況下，發(fā)現電路中是用單片機的I/0直接作為位選接到數碼管的位選端。由于此款單片機的I/O口作為共陽極數碼管的位選端輸出電流過小，所以想到在每個位選端接上500歐姆的上拉電阻，發(fā)現顯示效果得到明顯的改善。6心得體會兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎．通過這次溫度報警系統(tǒng)的設計，本人在多方面都有所提高。通過這次溫度報警系統(tǒng)的設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識進行單片機運用的實際訓練從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了單片機以及數模電等課程所學的內容，掌握keil軟件以及protues軟件的運用方法和步驟，增強了自己解決實際問題的能力以及互相合作能力。同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。在這次設計過程中，體現出自己應用單片機實現實際應用系統(tǒng)以及綜合運用數模電知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。在此感謝我們的xxx老師.，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次模具設計的每個實驗細節(jié)和每個數據，都離不開老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。同時感謝對我?guī)椭^的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學的友誼。由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。8參考文獻[1]李朝青.單片機原理及接口技術（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學出版社，1998[2]李廣弟.單片機基礎［Ｍ］.北京：北京航空航天大學出版社，1994[3]閻石.數字電子技術基礎（第三版）.北京：高等教育出版社，1989[4]廖常初.現場總線概述［J］.電工技術，1999.[5]徐仁貴等編著.《單片微型計算機應用技術》.北京:機械工業(yè)出版社.2001年2月第1版[6]張毅剛等編著.《單片機原理及應用》.北京：高等教育出版社.2004年1月第1版[7]《單片機原理及應用》張毅剛、彭喜元、彭宇編著[8]《模擬電子技術基礎簡明教程》（第三版）張素行主編[9]《電子技術基礎》數字部分（第五版）康華光、周壽彬、秦臻編著附錄1：原件清單原件名個數AT89S52174HC5731共陽極數碼管（3合1）1蜂鳴器1NPN三極管（9013）14.7uF極性電容14.7K歐姆電阻2排阻10k111.0592M晶振120pf電容2DS18B20溫度傳感器1電源開關1復位開關1杜邦線8根附錄2：程序清單//*****************************************************************************************//DS18B20報警實驗演示程序//使用單片機AT89C52晶振：11.0592M //*****************************************************************************************//包含頭文件//*****************************************************************************************#include<reg52.h>//*****************************************************************************************//宏定義//*****************************************************************************************#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//*****************************************************************************************//共陽極段碼表tab[];帶小數點的共陽極段碼表tab1[]； 警鈴編碼表Music_Girl[];//*****************************************************************************************ucharcodetab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};ucharcodetab1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//*****************************************************************************************//定義全局變量////*****************************************************************************************sbitDQ=P2^3;//ds18b20與單片機連接口sbitseg0=P2^0;//小數位sbitseg1=P2^1;//個位sbitseg2=P2^2;//十位sbitgreen=P2^4;sbitred=P2^5;sbitmusic=P3^6;//接蜂鳴器uchardatadisdata[4];uinttvalue;//溫度值uchartflag;//溫度正負標志ucharmax_tem=2;//溫度警戒值//*****************************************************************************************//延時函數，延時時間近似1ms////*****************************************************************************************voiddelay_ms(unsignedintms)//延時1毫秒（不夠精確的）{ unsignedinti,j; for(i=0;i<ms;i++) for(j=0;j<110;j++);}//*****************************************************************************************//延時函數，用于18b20時序控制////*****************************************************************************************voiddelay_18B20(uinti)//延時1微秒{ while(i--);}//*****************************************************************************************//溫度顯示函數//P0口顯示溫度十位，P1口顯示溫度個位，P2顯示溫度小數位//*****************************************************************************************voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc){ //顯示十位 P0=0xff; seg2=1; P0=tab[a]; delay_ms(1); seg2=0; //顯示個位 P0=0xff; seg1=1; P0=tab1[b]; delay_ms(1); seg1=0; //顯示小數位 P0=0xff; seg0=1; P0=tab[c]; delay_ms(1); seg0=0;}//*****************************************************************************************//DS18B20的復位函數，對DS18B20時序操作前都要閑復位////*****************************************************************************************voidds1820rst()/*ds1820復位*/{ unsignedcharx=0; DQ=1;//DQ復位 delay_18B20(4);//延時 DQ=0;//DQ拉低 delay_18B20(100);//精確延時大于480us DQ=1;//拉高 delay_18B20(40);}//*****************************************************************************************//DS18B20讀指令函數 RAM指令//逐位讀取DS18B20轉化后的溫度值//*****************************************************************************************uchards1820rd()/*讀數據*/{ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//給脈沖信號 dat>>=1; DQ=1;//給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); } return(dat);}//*****************************************************************************************//DS18B20寫指令函數 R0M指令//控制DS18B20做何操作//*****************************************************************************************voidds1820wr(ucharwdata)/*寫數據*/{ uchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ=1; wdata>>=1; }}//*****************************************************************************************//DS18B20轉化啟動函數////*****************************************************************************************voidread_temp1()/*讀取溫度值并轉換*/{ EA=0; //關全局中斷，防止DS18B20的時序操作被打亂 ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);//*跳過讀序列號*/ ds1820wr(0x44);//*啟動溫度轉換*/ ds1820rst(); EA=1;}//*****************************************************************************************//DS18B20轉換溫度讀取函數，并轉化成實際溫度值//返回值：tvalue為實際溫度值//*****************************************************************************************unsignedintread_temp2(){uchara,b; EA=0; ds1820wr(0xcc);//*跳過讀序列號*/ ds1820wr(0xbe);//*讀取溫度*/ a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); EA=1; tvalue=b; tvalue<<=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue<=0x07ff) tflag=0; else { tvalue=~tvalue+1; tflag=1; } tvalue=tvalue*(0.625);//溫度值擴大10倍，精確到1位小數 return(tvalue);}//*****************************************************************************************//入口參數：tvalue//溫度值百十個位