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1、商丘学院 毕业设计（论文） 学号： 08601027 WZ-1型数字温度测量报警器的设计与实现分 院 电子信息工程学院 专 业 电子信息科学与技术 班 级 0801 姓 名 杜孝军 指 导 教 师 张振华 2012 年5月10日商丘学院本科毕业设计（论文）摘要数字温度测量报警器是利用传感器检测温度，采用数字数码管显示当前温度，当温度低于下限温度或者高于上限温度时系统发出声报警，从而起到测量和报警的功能。本系统以AT89S51单片机作为主控系统，利用DS18B20数字温度传感器作为温度传感器件。通过四位共阳极数码管作为显示器件，通过单片机控制继温度显示温度。并可以设置温度上下限，当温度不在设置的
2、温度范围内，蜂鸣器发出报警声。分析了温度传感器的工作原理。系统硬件电路以及软件部分的设计。实际测试表明，该方案切实可行并已在许多通信领域得到广泛应用。 关键词： 单片机，温度报警， DS18B20，AT89S51AbstractDigital temperature measurement is the use of sensors to detect alarm temperature, the use of digital LED displays the current temperature, when the temperature falls below the lower lim
3、it temperature or higher than the sound of the alarm system when the temperature, and thus play a measurement and alarm function. The design of the digital temperature alarm system introduced with the traditional temperature alarm, compared with a reading convenience, a wide range of temperature mea
4、surement, temperature measurement accuracy, the output of the temperature digital display, the controller design using microcontroller AT89S51, temperature sensor uses DS18B20 , with four achieving common cathode LED digital temperature display, It can meet the above requirements. The system can set
5、 the upper and lower alarm temperature range when the temperature can not set the alarm. The following introduction to the circuit diagram and circuit analysis. Keywords: microcontroller, temperature alarm, DS18B20, AT89S51 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典目 录1 绪论12 温度传感器工作原理23 WZ-1型温度报警系统框图44 温度报警系统工作原理分析54.1 单片机芯片
6、介绍54.2 单片机模块功能54.3 振荡电路原理及分析：64.4 温度测量模块分析74.4.1 温度传感器DS18B20的引脚介绍74.4.2 DS18B20的内部结构分析84.4.3 DS18B20的测温原理分析104.5 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路114.6 数字数码显示模块分析134.7 报警系统分析135 系统软件设计155.1 主程序155.2 读出温度子程序155.3 温度转换命令子程序165.4 计算温度子程序165.5 显示数据刷新子程序176 结论18致谢19参考文献20附录1 系统整体电路图21附录2 源程序代码22商丘学院本科毕业设计（论文）1 绪论在日
7、常生活及工农业生产中经常要涉及到温度的检测及控制。像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量是非常重要的。传统的测温元件有热电偶，热敏电阻还有一些输出模拟信号的温度传感器。而这些测温
8、元件所测出的一般都是电压或电流，再将其转换成对应的温度，所以需要比较多的外部硬件支持。如果需要进行数字显示，就还需要进行A/ D转换，才能和主控制器进行通信， 其硬件电路复杂、而且软件调试繁琐、制作成本高。故在本设计中将采用另外一种方案，即使用DS 18B20数字温度传感器作为测温元件。该数字温度传感器即是美国DA LLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器。本数字温度测量报警器的设计主要采用上述改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,以AT89S51单片机作为主控系统，采用四位共阳极数码管作为显示器件，通过单片机控制继温度显示温度，并设置了超限报警功能，如果测
9、得的温度超过了预设温度值，蜂鸣器将会发出报警信号，同时数码管正常显示温度值，按下复位键系统停止报警，系统将再次检测测得的温度值，若在预设范围内，数码管正常显示测得的温度值，否则产生报警信号。而且传感器DS 18B20是采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，主控制器通过软件处理接收到的数据，从而使得整个系统具有低成本、易使用和稳定性高等特点。在通信以及其他相关领域有着不可忽视的美好前景！2 温度传感器工作原理DS18B20温度传感器采用3脚FR35封装或8脚SOIC封装。其与传统的热敏电阻等测温元件相比，能直接读出被测温度值，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9 12位的数字值读数方式
10、。DS18B20的主要性能特点在于其负电压特性，当电源极性接反时，温度计不会因发热而被烧毁；同时，其还具有用户自定义的非易失性温度报警设置以及实现多点组网等强大功能！DS18B20 的具体测温原理图则如图1所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2 的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS 18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度的测量，计数门的开启时间由高温度系数振荡器来确定，每次测量前，首先将55 所对应的一个基数分别置入减法计数器
11、1、温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在55 所对应的一个基数值1。 减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0 时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置值将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。斜率累加器则用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值达到被测温度值。 图2.1 DS18B20测温原理图由于DS18B20单线通信功能是
12、分时完成的，它有很严格的时序概念，因此其读写时序非常重要2。 当DS18B20 处于写存储器操作和温度A/ D转换操作时，总线上必须有很强的上拉，上拉开启时间最大为10s，采用寄生电源供电方式时VDD和GND端需接地。另外，由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。同时，系统对DS18B20 的各种操作必须按协议进行，其操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。 3 WZ-1型温度报警系统框图本系统单片机电路采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，此传感器可以直接读取被测温度值进行转换，采用独立按键的方式，使实现起来比较简单。此系统采用单
13、片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管传送数据实现温度显示。如图3.1为数字温度报警器系统结构框图： 报警模块主 控 制 器数码管显示温度测量模块单片机复位时钟振荡报警点按键调整图3.1 总体方框图4 温度报警系统工作原理分析4.1 单片机芯片介绍 AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT
14、89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S51具有以下标准功能：4k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止3。l l 与MCS-51单片机产品兼容l l 8K字节在系统可编程Flash存储器l l 10000次擦写周期l l 全静态操作：0Hz33Hzl l 三级加密程序存储器l l 32个可编程I/O口线l l 三个16位定时器/计数器l l 全双工UART串行通道l l 低功耗空闲和掉电模式l l 掉电后中断可唤醒l l 看门狗定时器l l 双数据指针
