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1、忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计）目 录引言11. 温度报警器的总设计31.1设计目标31.2设计要求32. 方案论证与选择32.1硬件设计方案的论证与选择32.2数字温度传感器DS18B2042.3供电方案的论证与选择43. 设计方案53.1 硬件设计53.2程序设计84. 过程记录95. 测量方案与测量结果106. 方案改进10总结10参考文献1ABSTRACT2附录11基于单片机的温度报警器设计电子系 电本0803班 学 生：赵永鑫 指导老师：郭山厚摘 要：本设计以单片机STC12C5A60S2为核心来构建小系统，外加有电源电路、显示电路、报警电路、电池欠压指示电路来设计温度信息记录
2、仪，实现了温度的测量。小系统采用12MHZ的晶振频率，主要负责各个部分的协调工作，电源采用锂电池供电方式，优点是电源效率较高，显示电路以共阳方式连接，使得电路所用到的器件减少，按键电路采用独立按键的方式来实现各自设置的功能，最终使得整体设计更加优化。关键词：单片机STC12C5A60S2，电源电路，显示电路，温度报警系统引言随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，尤其在消防报警产品中的应用，在消防报警产品的技术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指标已经超越，存在的问题是：类似于国外消防报警产品的大批量规模化的生产才刚起步，有待
3、于积累经验和技术；自本世纪 80 年代开始，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。设计更好的火灾报警系统能有效地防止和减少火灾危害,解决火灾报警器的问题,对保护人身安全和财产安全具有现实意义。本系统是一个由单片机控制的温度检测系统，它将传感器输出地电压信号进行
4、A/D 转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为温度送 LED 显示，并判断是否超过报警上限，若超过，则发出声光报警。同时用户可以自己设定报警上限和定时时间，使用户可以根据实际情况方便的掌握安全状况。该设计控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，时钟芯片用DS1302，显示器用LCD1602以串口传送数据,实现温度显示和年月日的现实，能准确达到以上要求。1. 温度报警器的总设计1.1设计目标以STC12C5A60S2单片机为核心设计一个结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器。 1.2设计要求（1）分析智能火灾报警系统的单片机控制的工作原理；（2）设计
5、控制系统的主电路、控制电路；（3）选取合适器件，画系统原理图；（4）分析被控参数，编写控制程序（5）整理系统原理图和控制程序；（6）撰写毕业设计说明书2. 方案论证与选择2.1硬件设计方案的论证与选择 方案一：用PNP三极管、数码管和电阻以共阴方式连接电路。此方案共用14个三极管，22个电阻，14个脚。电流由三极管的发射级流入，流经电阻，通过数码管，这一端为数码管的段选，另一端为数码管的位选。电路原理如图1所示。此方案中用到的电阻和三极管都较多，使电路相对复杂。方案二：用CD4511、74LS138、三极管、电阻和数码管以共阴方式连接电路。此方案14个电阻，6个三极管，8个脚。电流通过CD45
6、11流经电阻到达数码管，此端为数码管的段选，另一端为数码管的位选。电路原理如图2所示。此方案所用的电阻和三极管相对方案一脚少，但是用到了CD4511和74LS138两个集成块，也会使电路板相对变大。方案三：用PNP三极管、数码管和电阻以共阳方式连接电路。此方案共用6个三级管，14个电阻，14个脚。连接有三极管的一端作为数码管位选，另一端作为数码管的段选。电路原理如图3所示。此方案用到的三极管和电阻都较少，电路简单明了，易于操作。综上所述，选择方案三用PNP三极管、数码管和电阻以共阳方式连接电路。2.2数字温度传感器DS18B20由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,
7、属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。（1）DS18B20性能特点DS18B20的性能特点：采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位），测温范围为-55-+125，测量分辨率为0.0625,内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，适配各种单片机或系统机，用户可分别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。（2）DS18B20内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻R
8、OM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。64位ROM结构图如图2所示。不同的器件地址序列号不同。2.3供电方案的论证与选择方案一：变压器、整流滤波方式 此方案的优点是器件硬件选择方便，缺点是电源效率过低，体积过大。方案二：开关电源方式 此方案的优点是电源效率高，缺点是开发周期长。 方案三：锂电池供电方式 此方案的优点是电源效率较高，缺点是成本相对较高。方案四：暂时供电方式 此方案的性能是单电源输出+5V，优点是具有防反接功能，过流保护。综上所述，选择方案三锂电池供电方式。2.3.1方案一原理图
9、 2.3.2方案二原理图 2.3.3 方案三原理图3. 设计方案3.1 硬件设计此设计的控制系统主要由单片机的最小系统、数码管显示电路、电源电路和报警电路，其中单片机STC12C5A60S2是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作即显示屏的显示内容。如图5所示。硬件组成及所需元件：该系统的核心器件是STC12C5A60S2单片机。在其外围接上电源电路、显示电路、上拉电阻。元件为：12.0M晶振、若干电阻R、电容C等。P0.0-P0.7是控制数码管显示数字,INT0INT1T0用于中断控制口。3.1.1 电源电路 此设计中的电路用的是锂电池供电方案，此电路在7805的输出端与地之间接47
10、uF的电容，从输出端和地引出两条线，即可输出比较稳定的5V电压。此电路设计的性能是单电源输出+5V，优点是具有防反接功能，可以进行过流保护。电路原理如图4所示。 3.1.2 单片机的最小系统 在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器。虽然单片机里集成了很多电路，但仍旧不能独立运行，必须要外连一些电路，才能使单片机运行起来。我们叫做单片机最小系统最小系统电路如图3.1.2.1所示。按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的长短
11、与开关的机械特性有关，一般为510ms，在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。当输入电压5V时，取R2两端的电压为0.25V，R3两端的电压为0.75V，R4两端的电压为1.25V，R5两端的电压为1.75V，R6两端的电压为2.25V，R7两端的电压为2.75V，R8两端的电压为3.25V。当闭合开关SW2时，由=,R1=10K得，R2=520。同理可得：R3=1.8K，R4=3.3K，R5=5.4K，R6=8.2
12、K， R7=12K，R8=18K。电路如图7所示。 图 3.1.2.2 报警电路 3.1.4 数码管显示电路 此电路以共阳方式连接，如图8所示。选用3906PNP数码管，此数码管的放大倍数为165, Ic=24mA , Ube=0.7V, Ubc=0.3V, 数码管的压降 U=1.688V, 由Ic=Ib得 Ib=Ic/=24/165mA=0.15mA,所以R12-R18=K=28K，R19-R26=K=0.125K。但是，当按上电路板时，出现数码管不亮的现象，经过 图8 显示电路反复测试修改，最终将电阻改为R12-R18=10 K，R19-R26=1 K，显示效果明显增强。3.2程序设计 3
13、.2.1程序设计思路 将住程序初始化后，用P1.6口进行A/D转换，判断是否有按键按下，有按键按下时，将数值显示在EEPROM中，无按键按下时返回判断按键。每隔1分钟记录一次数据，总共记录8次，数据循环覆盖。当按下第一个按键时，显示第一个记录位置数据，其它按键同理，当没有按键按下时显示当前温度值。3.2.2 程序框图 4. 过程记录 在电路设计中，通过对各种器件的对比分析，设计不同的电路，最终确定用PNP三极管、数码管和电阻以共阳方式连接电路。在做PCB图时，当电路基本设计好后，检查电路时对三极管的集电极和发射极的接法产生了疑问，经过重新分析和请教同学确定了这个事实，然后修改了电路图，避免了做
14、好板才发现错误带来麻烦。在做好电路板上电后发现数码管全不亮，用万能表对电路进行检测时，发现电源电路以后就没有电压降，检查发现板上有好几处铜线断开，点上焊锡又上电时，数码管可以正常显示。在电路板上焊接电池后，上电发现所有数码管的d,f,h段全不亮，检测电路中没发现有错误的地方，在老师的帮助下，发现芯片出了问题，换了一块芯片重新下载程序上电，结果一切正常。经分析讨论得知，在焊接时开关没断开，而且手接触到焊脚时有静电使芯片瞬间电流过大，烧坏芯片。程序设计中，P1.6与P1.7口都用于AD转换，但AD中断只有一个，用AD中断使两个AD转换造成混乱，改进：改用查询方式，根据AD转换标志位判断转换是否完成，完成后进行相应的数据处理。P1.7口的AD转换太快，使数据更新太快从而造成显
