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1、基于单片机的温度上下限控制报警器 毕业设计 毕业设计 (论文)题目：基于单片机的上下限温度控制报警器 专 业：应用电子技术年 级：11 级学 号：10605111049姓 名： 指导老师： 完成时间：2014年6月摘 要本设计的主要功能是在一定范围内检测实时温度并显示，同时根据设定的上下限温度实现报警功能。本设计主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。与传统的温度报警器相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，该设计控制器使用单片机STC12C5A16S2，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管实现温度显示，能准确达到以上要求。同时本设计的硬件结
2、构简单、人机界面友善、管理功能健全、系统可靠性高、记录数据准确、使用维护方便等优点。设计时我们按照模块化程序设计思想，完成了对系统软件部分的设计，给出了各个功能模块的设计思想和流程图。温度采集控制控制系统能够准确地进行温度数据的采样转换，数码显示管对采集的温度进行数码显示，稳定进行升温、降温的控制过程。现场实验表明，该系统在测试过程中工作稳定，满足设计要求。自动控制技术尤其是温度控制技术在国内外得到广泛的应用和发展，时滞效应始终困扰着其实际应用，为此人们发明了多种控制方法来解决时滞问题，例如比例控制方式、本文将针对一种温度控制方式进行学习，并设计一个以STC12C5A16S2单片机为核心、利用
3、新型集成化智能1-Wire总线数字温度传感器DS18B20实现的温度采集控制系统。关键词：温度自动控制、单片机STC12C5A16S2、LED数码显示管、蜂鸣器、温度传感器DS18B20说 明本文主要设计了一种采用单片机STC12C5A16S2作为核心的低成本、高精度、微型化的温度报警器，本设计的硬件结构简单、人机界面友善、管理功能健全、系统可靠性高、记录数据准确、使用维护方便。本文详细论述由单片机控制的温度上下限报警器的基本原理，并用软件Protel DIP 2004 SP2实现了系统的设计。序号姓名学号班级任务分配1李自鹏10605111054应用电子技术11-1班 组长总体方案设计、电路
4、设计、电路板制作、最终调试2宋朝凤10605111049应用电子技术11-1班总体方案设计、焊接安装、购买元器件、撰写论文 目 录 第一章：设计意义与相关技术发展41：设计背景42：温度检测的意义与技术发展4第二章：设计方案51：方案一52：方案二5第三章：硬件电路61：主控制器7STC12C5A16S2单片机主要性能92：温度传感器93：显示电路124：报警电路135：按键电路136：继电器输出电路147：系统整体硬件电路14第四章：系统软件设计161：主程序162：读出温度子程序173：温度转换命令子程序174：计算温度子程序175：显示温度刷新子程序18第五章：系统测试与总结181：系统
5、测试182：总结19致谢19附件20第一章：设计意义与相关技术发展 1：设计背景温度是生产工艺过程中最基本、最重要的控制参数之一，关系到生产条件的建立，产品的产量、质量、效率，以及生产设备的寿命与安全等。温度是物体冷热程度的表现参数。温度测量仪的由感温元件帮助完成检测。随着温度检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。我们希望通过自己的所学的知识和借助这次毕业设计的机会做出一个与生活密切相关且实用的东西，通过我
6、们的筛选和结合自身所学知识的局限性，我们选择了上下限温度控制报警器。本设计的主要功能是在一定范围内检测实时温度并显示，同时根据设定的上下限温度实现报警功能。本设计主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。与传统的温度报警器相比，具有读数方便（LED数码管显示），测温范围广（温度调节上限为125度，下限为-55度），测温准确，其输出温度采用数字显示，该设计控制器使用单片机STC12C5A16S2，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管实现温度显示，能准确达到以上要求。同时本设计的硬件结构简单、人机界面友善、管理功能健全、系统可靠性高、记录数据准确、使用维护方便等优点。 2：
7、温度检测的意义与技术发展 温度是一种最基本的环境参数，人们的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。 温度是一个十分重要的物理量,对它的测量与控制有十分重要的意义。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:如大气及空调房中温度的高低,直接影响着人们的身体健康;在大规模集成电路生产线上,环境温度不适当,会严重影响产品的质量。测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。现今世界上的温度检测技术已经喜人的
8、成果，其中前苏联的压电石英频率温度计分辨能力可达0.0001,理论上可达0.00001,而且在-40230范围内具有温度与频率的线性特性;日本利用所谓石英温度频率转换器-80200的温度范围,最大分辨率达0.0001;美国标准局研制的电阻温度计25欧标准铂电阻温度计,电桥分辨0.00002;我国生产的石英温度传感器分辨率达到0.0001,误差在0.05以内,中国航天工业总公司702所研制的5901(STP-1000)型粘贴式测温片,其静态测温精度为0.5%,快速响应时间小于0.013s。如今温度检测发展的主要方向为薄膜温度传感器、辐射测温技术和光纤测温技术。温度采集系统是在嵌入式系统设计的基础
9、上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了SCM、MCU和SOC三大阶段。 第二章：设计方案 1：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，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。并且测量
10、温度精度不高，有偏差。 DS18B20AT89C52 主控制器 显示电路 扫描驱动 2：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，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，且测量精度很高。从以上两种方案，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，故采用方案二。进一步我们先大概设计出了方案框图（如图1），控制器采用单片机STC12C5A16S2，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管实现温度显示，用一位数码管显示摄氏度符号。三个按键进行温度上、下限报警值设置。在硬件选
11、择上为了有利于购买和实验方便，根据当前市场上各种处理器的性价比，本设计选择STC12C5A16S2单片机，温度检测采用DS18B20温度传感器，输入部分用三个按键，可以调整温度上下限的范围，显示部分采用经济适用的3位LED数码管实现温度显示，用一位数码管显示摄氏度符号，超出的温度上限或下限用LED表示，报警采用蜂鸣器。功能上：当温度传感器DS18B20采集到环境温度高于设定温度，表示高温的发光二极管亮并且蜂鸣器报警，当温度传感器DS18B20采集到环境温度低于设定温度，表示低温的发光二极管亮并且蜂鸣器报警。对温度传感器的启用与控制需要严格的时间限制，这部分程序的编写是复杂而繁琐的。这些部分是一
12、个连贯的过程，又有着不确定时间，时间要求比较严格。所以在软件设计上我们采用简单易懂的c语言实现，同时把整个系统程序分为几大快来实现，主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。LED显示主控制器单片机复位按键调整温度传感器 报警电路1路输出时钟振荡2路输出图1总体设计方框图第三章：硬件电路一个完整的控制系统，单纯依靠一块单片机是远远不够的。它必须与外围电路元件相互搭配，共同完成任务。本设计用到的外围电路有：显示电路、报警电路、按键电路和继电器输出电路。要让各个部分电路能在一起稳定的工作，就要让它们衔接的很匹配，如各部分电路对电压、电流的要求等都要合
13、理的设计。下面是对各部分硬件电路的介绍。 1：主控制器单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，是指集成在一块芯片上的计算机，它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低、等优点。单片机技术作为计算机技术的一个重要分支，广泛地应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等各领域。尽管单片机种类很多，但无论是从世界范围还是从全国范围来看，使用最为广泛的应属MCS-51系列单片机。其生产厂家有：Intel公司、Atmel公司、Philips公司等。本设计采用Atmel公司的STC12C5A16S2，其它厂家单片机这里不再多说，以下是对STC12C
14、5A16S2的介绍。Atmel公司生产的STC12C5A16S2单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128B的内部用户数据存储器RAM，4KB的内部用户程序存储器，4个8位并行可编程I/0口，2个16位计数/定时器，5个中断源，2个优先级别，1个可编程的串行通信口。以下是对各部分的具体介绍：内部介绍：（1） 中央处理器又称CPU，是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。（2） 数据存储器又称RAM，STC12C5A16S2内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型数据。并具有64KB外部数据存储器寻址空间。（3） 程序存储器又称ROM，S51共有4KB的掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。并具有64KB外部程序存储器寻址空间。（4） 定时/计数器，S51有两个16位的可编程定时/计数器，称为定时器0（T0）和定时器1（T1）。T0有专用寄存器TH0和TL0组成，T10有专用寄存器TH1和TL1组成
