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1、课 程 设 计题 目 上下限可调的温度报警器设计 专 业 电子* 学 号 * 姓 名 周* 指导教师 * 2014年11月14日摘 要：单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度器，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。本文通过采用蜂鸣器作为电声元件的温度报警器的设计，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，可操作性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为1823。当前环
2、境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机发出报警信号，从而防止带来的不必要的损失。造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾；静电产生高温或或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。关键词STC89C51单片机，数字控制，温度计，DS18B201 设计方案选择1.1 系统基本方案选择 1.1.1 单片机芯片的选择方案方案一:采用STC89C51芯片作为硬件核心。
3、STC89C51内部具有8KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C51可以通过串口下载。方案二:采用AT89S51。AT89S51片内具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51相对ATS89C52价格便宜，且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选用STC89C51。1.1.2 温度传感器设计方案方案一: 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应
4、，在将随被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。方案二:进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用STC89C51单片机作为主控制系统
5、;采用DS18B20为传感器;1.1.3显示电路设计方案一：使用数码管显示，数码管是由多个发光二极管封在在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。有共阴，共阳两种。方案二：使用液晶显示屏lcd1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。 比较两种方案将选用方案二，lcd1602操作简单，可以直接对1602的引脚直接操作。2 主要元件介绍2.1.
6、1 STC89C51引脚介绍 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C51单片机有4
7、组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7图1：STC89C51封装图2.1.2 单片机最小系统：当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通
8、过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图2图2 单片机最小系统电路电路以STC89C51单片机最小系统为控制核心，测温电路由DS18B20提供，输入部分采用三个独立式按键s0、s1、s2。具体电路连接，详见附录1。2.2 DS18B20传感器介绍2.2.1 DS18B20概述DS18B20的性能特点如下：（1） 采用DALLAS公司独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯； （2）在使用中不需要任何外围元件；（3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V+5.5V；（4）测温范围：-55+125。固有测温分辨率为
9、0.5。当在-10+85范围内，可确保测量误差不超过0.5，在-55+125范围内，测量误差也不超过2；（5）通过编程可实现912位的数字读数方式；（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值；（7）支持多点的组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温（8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作；（9）DS18B20的转换速率比较高，进行9位的温度值转换只需93.75ms；（10）适配各种单片机或系统；（11）内含64位激光修正的只读存储ROM，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码(CRC)之后
10、，产品序号占48位。出厂前产品序号存入其ROM中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20。2.3 LCD1602介绍引脚功能介绍第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。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。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS
11、为高电平R/W为低电平时可以写入数据。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。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。指令介绍1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明1为高电平，0为低电平）指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示位置设置I/D，光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平
12、表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/C：高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5X10的显示字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。使用lcd先根据液晶的使用手册写出液晶屏的驱动程序，后使用把信息显示到液
13、晶上时直接调用液晶子程序即可。3.程序流程图图6：程序流程图4.设计总结本次设计功能基本实现，当温度低于下限温度或者高于上限温度时蜂鸣器发出报警。设计电路有温度上下限可调功能，按键按下由于不能再1602显示光标只能使用led的亮灭和蜂鸣器来确定按键是否按下，并且最终能实现了该功能。获取的温度值通过1602显示出来。软件调适通过使用protues进行仿真，开始只是让1602显示出数据，慢慢的加入按键，led指示灯和蜂鸣器。过程中遇到了很多问题，硬件方面：原理图设计好51单片机最小系统再根据仿真软件电路接入温度采集电路，报警电路，显示电路，指示电路，按键和电源接口。画好原理图导出PCB布线，由于对
14、PCB布线规则不是很了解，粗略步好线打印印板、腐蚀、打孔、焊接，由于经过电子相关的实习，这些步骤还是完成得比较好。焊接好后第一步就是坚持电路是否短路或者是否有虚焊，多次对照PCB后没有问题就将下载好程序的单片机插入电路开始调试。设计电路时预留了两个IO口即增加了两个扩展口，所以可以通过之前自己设计的STC串口下载器对单片机程序的下载调试。实际软件件调试也是和仿真一样，先让1602能够显示东西，再把整个程序下载到单片机中，由于仿真时电路要设计的功能基本都能实现了，所以程序下载成功后电路基本实现了功能。只是蜂鸣器在温度没有超出限制范围内还是有小小的声音产生，找蜂鸣器相关资料发现是因为蜂鸣器在不使用
15、时要给它一个低电平或高电平（看电路，这里电路是给低电平），因为不限制蜂鸣器的初始值时电路会出现漏电现象，程序改动后漏电现象消除了。通过本次设计，我学到了很多我们在课堂上学不到的实践能力，动手能力也得到了很大的提升，在书本所学到的知识得到了很大的实践，让我对书本上的知识有了更加深刻的理解。同时也感谢同学的帮助，在我对电路相关知识不理解时给了我指点，让我能清楚得理解，也通过这次的设计让我电子电路设计有了很大兴趣。参考文献1 郭天祥.51单片机C语言教程.北京:电子工业出版,2009.2 谭浩强.C语言程序设计M.北京:清华大学出版社,1991.3 阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2006.4 童诗白.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2006.5
