温度检测课程设计

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1、计控学院College of computer and control engineering Qiqihar university电气工程课程设计报告题目：工厂自动温度检测控制系统系另U电气工程系适用班级电气12级指导教师时 间学生姓名提交日期摘要本设计是以51单片机作为控制核心的一种基于单片机的工厂自动温度检测控制 系统，本系统设计采用LCD 1602液晶显示屏作为输出显示模块部分，DS18B20作为 温度采集模块部分。该设计具有自动检测环境温度的功能，四个按键可以设置工厂 车间的上限温度和下限温度。当车间温度超过设置温度，系统会自动报警并且点亮 报警灯，然后系统会自动启动温度处理模块，对

2、其温度进行控制调节。从而达到自 动检测控制的功能作用，为工厂提供了安全的工作环境。关键字：单片机； 温度； 控制目录摘要 I1.1 测温元件的选择 11.1.1 DS18B20数字温度计11.1.2 热电偶测温 11 . 1 . 3热敏电阻测温 11.2 显示元件的选择 21.2.1 液晶显示 21 . 2. 2数码管显示 2第2章 系统原理图设计及特点32.1 整体系统设计 32.2 系统与操作介绍 42.2.1检测传感器DS18B20工作状态42.2.2 查看温度报警值 42.2.3 设定温度报警值 42.2.4 报警状态显示标志42.3 系统设计程序流程图53.1 STC12 系列单片机

3、 63.2 DS18B20 的介绍 83.2.1 DS18B20 内部结构 83.1.2 DS18B20 测温原理 8第4 章 系统模块介绍 104.1 温度检测模块104.2 LCD1602 液晶模块 1 14.3 电源模块 124.4 报警模块 134.5 处理控制模块 144.6 按键模块 15设计总结 16参考文献 18附录 19第1章 方案选择1.1 测温元件的选择温度的测量在当今社会得到广泛的运用,同时测温元件也非常多,根据不同的应 用场合我们可以做出不同的选择,首先介绍一下几种测温方式:1.1.1 DS18B20 数字温度计DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的

4、1-Wire ，即单总线器件，具 有线路简单，体积小的特点。另外它的测量温度范围在 -55 C到+125C之间， 它是数字温度计，分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。因此用它组成一个测温 系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。1.1.2 热电偶测温电偶测温原理是根据热电效应制成的一种测温元件。它结构简单，坚固耐用， 使用方便，精度高，测量范围宽，便于远距离、多点、集中测量和自动控制，是 应用很广泛的一种温度计。如果取两根不同材料的金属导线A和B将其两端焊 在一起，这样就组成了一个闭合回路。因为两种不同金属的自由电子密度不同， 当两种金属接触时在两种金属的

5、交界处，就会因电子密度不同而产生电子扩散， 扩散结果在两金属接触面两侧形成静电场即接触电势差。这种接触电势差仅与两 金属的材料和接触点的温度有关，温度愈高，金属中自由电子就越活跃，致使接 触处所产生的电场强度增加，接触面电动势也相应增高。由此可制成热电偶测温 计。1.1.3 热敏电阻测温热敏电阻体是在锰、镍、钴、铁、锌、钛、镁等金属的氧化物中分别加入其 它化合物制成的。热敏电阻和金属导体的热电阻不同，它是属于半导体，具有负 电阻温度系数，其电阻值是随温度的升高而减小，随温度的降低而增大，虽然温 度升高粒子的无规则运动加剧，引起自由电子迁移率略为下降，然而自由电子的 数目随温度的升高而增加得更快

6、，所以温度升高其电阻值下降。根据这些，我选择了 DS18B20做为温度检测的主要模块器件。因为它线路简 单，操作起来方便。1.2 显示元件的选择1.2.1 液晶显示液晶显示器各种图形的显示原理线段的显示：点阵图形式液晶由MXN个显示单 元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每 行由16字节，共16X8=128个点组成，屏上64X16个显示单元与显示RAM区1024 字节相对应，每一字节H的16字节的内容决定，当(000H) =FFH时，则屏幕的左上 角显示一条短亮线，长度为8个点；当(3FFH) =FFH时，则屏幕的右下角显示一条 短亮线；当(OOOH)

7、=FFH，(001H) =00H，(002H)的内容和显示屏上相应位置的 亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00F=00H，(00EH) =00H， (00FH) =00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。可 以显示英文，这样更加方便反映了不同工作状态下的工作状态显示。1.2.2 数码管显示数码管价格方便，可以显示数字。可是无法显示不同工作状态的标志，因此不 够清晰反映不同的工作状态。根据以上内容，我们选择采用液晶作为显示部分。第2章 系统原理图设计及特点2.1 整体系统设计温度只要在所设定的上下温度界限内，就会在显示设备中精确的显示出来，如 果温度超过

8、了所设定的温度界限，就发出报警声。能够及时向温度监控人员发出温 度超限信息。便于温控人员及时的调整与控制。另外此温度控制器操作简单，体积 小，灵敏度高，精度高。其系统包含 6 大模块。分别是 LCD 液晶模块、 按键模块、 处理控制模块、报警模块、电源模块、温度检测模块等。系统结构框图如图 2-1-1 所示。LCD1602液晶模块XZ温度检测按键模块IZ模块乩工田切生STC单片机駕餌=电源模块报警模块图 2-1-1 系统结构框图2.2 系统与操作介绍2.2.1 检测传感器 DS18B20 工作状态液晶显示温度控制器接通电源后，在工作正常情况下，液晶显示屏上第一行显示信息为“DS18B20 OK

9、”；第二行显示为“TEMP： XX.X C”(实际温度值)。若传感 器DS18B20 ERROR” ；第二行显示为“TEMP:-C” .这时要检查DS18B20是否连接好, 如果连接没问题，则需要更换一个新的DS18B20芯片。2.2.2 查看温度报警值按 K1 键，进入查看温度报警值状态，此时显示屏第一行显示为“ LOOK ALERT CODE”；第二行显示“TH:0XXC TL:XXC”.其中TH为高位报警值，TL为低位报警值。 按 K3 键退出查看温度报警状态。2.2.3 设定温度报警值按K2键，进入查看温度报警值状态，此时显示屏第一行显示为“ RESET ALERT CODE”；第二行

10、显示“TH:0XXC TL:XXC” .此时的K1键为设定值加，减方式选择键，默认为减少。K2键为TH值设定键； K3键为TL值设定键；K4键为确定键，按此键退出设定状态。2.2.4 报警状态显示标志(1) 当实际温度大于TH的设定值时，在显示屏第二行上显示符号为“CH”。 此时关闭处理控制模块，蜂鸣器响起，表示超温。(2) 当实际温度小于TL的设定值时，在显示屏第二行上显示符号为“CL” 此时蜂鸣器响起，表示加热部分出现故障。(3) 当实际温度小于 TH 的设定值时，处理控制模块，开始加热，加热的标记 为“！”。2.3 系统设计程序流程图本设计程序采用了汇编语言。通过对于温度的采集以至最后系

11、统根据采集的温度数据进行分析做出处理。其程序流程图如图 2-3-1 所示。图 2-2 整体工作流程图第 3 章 部分器件的介绍3.1 STC12 系列单片机1. STC12系列单片机为增强型8051芯片，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全 兼容传统 8051 单片机。2. 工作电压：STC12C5410AD 系列工作电压：5.5V - 3.8V （5V 单片机）/3.8V - 2.4V （3V 单片 机）STC12C2052AD 系列工作电压： 5.5V - 3.4V（5V 单片机） /3.8V - 2.4V（3V 单片 机，可到 2V）3. 工作频率范围：0 - 35 MHz相当于普通80

12、51的0420MHz.实际工作频率可达48MHz4. 用户应用程序空间 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字节5. 片上集成512字节RAM（STC12C5410AD系列），STC12C2052AD系列单片机为256 字节 RAM6. 通用I/O 口（27/23/15个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统 I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏 每个I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA7. ISP （在系统可编程）/IAP （在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿

13、真 器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8. EEPROM 功能9. 看门狗10内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省外部复位电路）11时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为：5.2MHz6.8MHz精度要求不高时,可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是4MHz8MHz12. 共2 个16 位定时器/ 计数器，但可用 PCA 模块再产生4 个定时器（2052 系列 只有两路 PCA）13. 外部中断2路，下降沿中断或低电平触

14、发中断,PowerDown模式可由外部中断唤 醒14. PWM（4路）/PCA （可编程计数器阵列,4路），5410系列是4路，2052系列只 有两路- 也可用来当 4 路 D/A 使用- 也可用来再实现 4 个定时器- 也可用来再实现 4 个外部中断（上升沿中断/ 下降沿中断均可分别或同时支持）15. A/D转换，10位精度ADC，共8路。STC12C2052AD系列只有8位精度16. 通用全双工异步串行口（ UART）,由于STC12系列是高速的8051，也可再用定时 器软件实现多串口17. SPI 同步通信口，主模式/ 从模式18. 工作温度范围：0 - 75 C / -40 - +85

15、 C19. 封装：PLCC-32, PDIP-28, SOP-28, PDIP-20, S0P-20, TSS0P-20（超小封状 6.4mm X 6.4mm，定货）。PLCC-32 有 27 个 I/O 口，PDIP28/SOP28 有 23 个 I/O 口， PDIP20/SOP20/TSSOP20 有 15 个 I/O 口, I/O 口不够时,可用 74HC595/74HC165 串 行扩展 I/O 口，或用双 CPU, 三线通信，还多了串口。STC12C5410AD 系列及 STC12C2052AD 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机 器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代 码完全兼容传统 8051, 但速度快 8-12 倍，内部集成 MAX810 专用复位电路。 4 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换, 针对电机控制，强干扰场合。STC12C2052AD 系列只有 2 路 PWM,8 路高速 8 位 A/D 转换。本单片机相对在以