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1、南京技师学院毕业设计课题:温度检测报警器专业：电子应用姓名：付广飞学号：2070434指导老师：狄何君2013-10-18木设计以T89S51单片机为核心，实现温度监测及限制。温度信号由芯片DS18B20采集，以数字信号的方式传送给单片机。硬件部分包括温度采集电路、温度显示电路、温度设置电路、温度界限存储器、报警电路。软件部分采纳模块化结构，有数码显示程序、键盘扫描及键值处理程序、温度信号处理程序及超温报警程序。关键词：AT89S51单片机DS18B20温度芯片温度限制前言1一、设计要求2二、总体方案考虑3（一）温度采集3（二）数据处理4三、硬件电路5（一）系统框图5（二）整机工作原理5（三）
2、单元电路及其工作原理6四、程序设计11（一）程序结构分析11（一）主程序12五、测试分析13结论14参考文献15附录16（一）原理图16（二）程序16wXj1.1刖三温度限制系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的限制电路依据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度限制对象的运行性能始终以来都是限制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类限制对象惯性大,滞后现象严峻,存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致限制系统性能不佳，甚至出现限制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简洁好用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正
3、常工作。限制领域还大量采纳传统的PID限制方式,但PID限制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采纳数字温度传感器DS18B20,因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简洁，而且削减了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大削减了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，还可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了好用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行更大范围的温度
4、检测。一、设计要求设计基于单片计算机的温度限制器，用于限制温度。该系统自带的DS18B20温度传感器，可以实时检测到当前温度的改变，并且在数码管上显示当前的温度(范围-20C120。O0该装置设置了温度的上、卜限值。当温度高于或低于设置的上、下限值时，报警的警铃响起。依据用途不同，该系统可以自由设置限制温度。该装置温度的上、下限值可以通过按钮来自由设置。详细要求如下：* 以51系列单片机为核心* 温度调整范围为-20C120C* 超调量。2(B* 温度误差W05C* 可用1.ED数码显示器显示实时温度* 可通过按键设定温度二、总体方案考虑采纳一般温度传感器采集温度信号，须要设计信号调理电路、A
5、/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素的影响会造成检测系统较大的偏差；乂因为检测环境困难及各种干扰的存在，会使检测系统的稳定性和牢靠性卜.降，所以温度检测系统的设计关键在于两部分：温度采集和数据处理。(一)温度采集方案一：采纳热敏电阻，可满意40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、牢靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。方案二：采纳单片模拟量的温度传感器，比如AD590,1.M35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必需经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较困难。另外，这种测温装置的一根线上
6、只能挂一个传感器,不能进行多点测量。即使能实现，也要用到困难的算法，肯定程度上也增加了软件实现的难度。方案三：采纳数字温度传感器DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及限制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。在O1.OO摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采纳了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微限制器AT89S51构成的温度测量装置，它干脆输出温度的数字信号，可干脆与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简洁，体枳也不大，且由于AT89S51可以带多个DSB1820,因
7、此nJ以特别简洁实现多点测量。轻松的组建传感器网络。采纳温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的运用，有效地避开外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的运用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。（二）数据处理方案一：采纳AT89S51八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑限制。而且体积小，硬件实现简洁,安装便利。既可以单独对多DS18B20限制工作,还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由上位机（PC微型计算机），下位机（单
8、片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程限制。另外AT89C51在工业限制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的协作运用都很成熟。方窠二:运用MSP430作限制器,德州仪器（T1.）的超低功率16位RISC混合信号处理器MSP430产品系列为电池供电测量应用供应了最终解决方案。作为混合信号和数字技术的领导者，TI创新生产的MSP430,使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。但在温度采集和实施限制这个重要的场合低功耗相对来说显得就不是那么重要了,而应当考虑它的稳定性、精确性，同时对比AT89S51能够在性能和资
9、源都可以到达一个最佳的状态，可以避开用MSP430的不必要的资源奢侈。综上，总体方案我们选用DS18B20来采集温度数据，选用T89S51来处理数据。三、硬件电路（一）系统框图该装置主要由温度采集电路、温度设置电路、温度界限存储器、T89S51单片机、温度显示及报警电路组成。如图U图1（二）整机工作原理温度传感器DS18B20从设备环境采集温度，单片机AT89S51获得采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再依据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过二极管开启模拟降温设备（压缩制冷器），当采集的温度经处
10、理后低于设定温度的下时.，单片机通过二极管开启模拟升温设备（加热器）。在设置的过程中，假如设置的下限温度大于了上限的温度，或者设置的上限温度小于了卜限温度，设置出错。此时单片机输出电平驱动蜂鸣器beef响起报警，且输出高电平使：极管亮。直至设置正确报警解除，极管灭。（三）单元电路及其工作原理1 .温度限制及超温柔超温警报电路温度限制及超温柔超温警报电路如图2所示。当检测到的温度高于设置温度的上限值时，单片机的P3.6引脚输出电平蜂鸣器bee响起报警，警铃的声音频率稍慢，同时P3.2引脚输出电平二极管D1.闪耀（这里代表启动了制冷装置）。假如此时温度接着上升，并高出了设置温度上限的2度蜂鸣器响起
11、报警的警铃音频率加快，旦P3.3引脚也输出电平二极管D2和D1.一起闪耀（这里代表启动了强制冷装置）。当温度复原设置的温度值内，蜂鸣器不响，报警解除；同时.极管不闪耀.（制冷装置停止工作）。假如当检测到的温度低于设置温度的下限值时，单片机的P3.6引脚输出电Fbeef蜂鸣器响起报警,警铃的声音频率稍慢，同时P3O引脚输出电平二极管D3闪耀（这里代表启动门忸热装置假如此时温度接着下降，并低于了设置温度下限的2度蜂鸣器响起报警的警铃音频率加快，且P3.2引脚也输出电平二极管D4和D3一起闪耀（这里代表启动了强制热装置）。当温度复原设置的温度值内，蜂鸣器不响，报警解除；同时.极管不闪耀（制热装置停止
12、工作）。2 .温度采集电路本电路运用集成芯片DS18B20,它能有效地减小外界的干扰，提高测量的精度，简化电路的结构。DS18B20是DA1.1.AS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰实力、强易配处理器等优点，特殊适合用于构成多点温度测控系统，可干脆将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围-55+125C,可编程为912位A/D转换精度，测温辨别率可达00625C,被测温度用符号扩展的16位数字方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采纳寄生电源方式产生
13、，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上,CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信,占用微处理器的端口较少，可节约大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以特别便利的被用于远距离多点温度检测系统。骑CFC空成器图3温度灵敏元件存储器和控瞌综上，在本系统中我采纳温度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在O-100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片T脆向单片机传输数字信号，便于单片机处理及限制。DS18B20内部结构如图3。z电源桧测64位ROM和脚接口3 .温度限制器件电路温度限制器件电路如图2o当按下S1
14、.时，P2.0输出高电平，二极管D5亮,51单片机通过P2.0,P2.0读出原先存储在24C02存储器里的下限值,并通过数码管显示。此时可以通过S3加大温度下限的值，通过S4减小温度下限的值；当按卜S2时，51单片机通过P2.O,P2.0读出原先存储在24C02存储器里的上限值，并通过数码管显示。此时可以通过S3加大温度上限的值，通过S4减小温度上限的值。在设置的过程中，假如设置的下限温度大于了上限的温度，或者设置的上限温度小于了下限温度，设置出错。此时P3.6引脚输出电平蜂鸣器beef响起报警,且P2.2输出高电平二极管D7亮。直至设置正确报警解除，二极管D7灭。按卜S5完成温度的限值设置，
15、且把设置的温度存储在24C02存储器里。4 .数据处理器数据处理器选用AT89S51,它是一个低功耗，高性能CMoS8位单片机，片内含8kBytesISP(In-systemPrOgrammabIe)的可反复擦写1000次的E1.ash只读程序存储器，器件采纳ATME1.公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中心处理器和ISPF1.ash存储单元，功能强大的微型计算机的T89S51可为很多嵌入式限制应用系统供应高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesF1.ash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器(KAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为OHz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可接着工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能宜至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PD1.P、TQFP和P1.CC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于系
