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1、毕业设计(论文)课 题 名 称 基于AT89C51的智能温度 预警系统的设计 学 生 姓 名 学 号 系、年级专业 信息工程系07级通信工程 指 导 教 师 职 称 讲 师 2011 年 5 月 25 日摘 要本设计系统地介绍了基于AT89C51的智能温度预警系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计以及系统仿真过程。DS18B20多点温度测量系统是以AT89C51单片机作为控制核心，数字温度传感DS18B20为控制对象，运用C语言编程实现系统的各种功能。该系统由单片机最小系统、传感器电路、报警电路、LCD显示电路、行列式键盘电路、电源电路六大部分组成。借助PROTEUS软件，实现了系统电路设计
2、和仿真。它适用于电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑等场所，还可以用于环境恶劣的工业控制现场。通过DS18B20的单总线技术，系统实现了对远程环境的温度测量与监控。关键词：DS18B20；仿真；测量系统；PROTEUS；单片机AbstractThe design systematically introduced the composition, the design, the circuit theory, the program design and the system simulation process of the multipoint temperature measuremen
3、t system which based on the AT89C51.The AT89C51 intelligence temperature measurement system, the AT89C51 MCU as its control core, digital temperature sensing DS18B20 as its control target, use the C-language programming system to realize the functions. The system composed of six major components, wh
4、ich are the smallest MCU system, the sensor circuit, the alarm circuits, the LCD display circuit, the keyboard, the power circuit. The system realizes the circuit design and simulation with PROTEUS software. It applies to the power industry, coal, forest, fire, high-rise buildings and other places,
5、it can also applies to industrial control field with the bad environment. Through the monobus technology of the DS18B20, the system achieves the measurement and monitoring of the long-range environmental temperature. Key words: DS18B20；simulation；measurement system；PROTEUS；MCU目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪
6、论11.1 课题来源11.2 课题研究的目的意义11.3 国内外现状及水平11.4 课题研究内容2第2章 统方案设计32.1 基于模拟温度传感器的设计方案32.2 基于数字温度传感器的设计方案42.3 方案论证4第3章 电路设计63.1工作原理63.2 DS18B20与单片机接口技术73.3 键盘电路设计133.4显示电路设计143.5 报警电路设计153.6 电源电路设计16第4章 程序设计184.1 系统资源分配184.2 系统流程设计184.3 程序设计24第5章 系统仿真345.1 PROTEUS仿真环境介绍345.2 原理图绘制355.3 程序加载355.4 系统仿真365.5 仿真
7、结果分析39第6章 PCB板设计406.1 PCB板设计406.2 PCB板制作方法42总 结45参考文献46附 录47致 谢52第1章 绪 论1.1 课题来源温度是国际单位制七个基本量之一，与人类的生活环境息息相关。它是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，同时也是一种最基本的环境参数。在实验研究和工业生产中，在机械、电力、化工、生物、冶金、农业、实验等行业和人们的家居生活里经常需要对环境温度进行检测和控制。例如，汽车发动机气缸的温度必须保持在一定的范围内；在合适温度微生物的新陈代谢才能正常进行。许多化学反应在不同的温度下会生成不同的反应物；温度过高，粮仓的粮食就会霉烂变质，电
8、子设备的工作效率会降，低使用寿命会缩短，饭菜会变馊。由此可见，研究温度测量工具有着极其重要的实用价值。随着现代嵌入式技术和传感器技术的发展，作为各种信息的采集、处理、传输的功能器件，温度传感器的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。本课题结合现在嵌入式技术和传感技术设计的智能温度预警系统就是满足生产生活中人们对温度测量的需求。1.2 课题研究的目的意义随着科学技术的高速发展，科技的进步带动了传感技术的发展，自动控制设备的性能和性价比发生了巨大的变化，新世纪是嵌入式技术迅猛发展的时代，传感技术也成为当今科技的主流之
9、一，被广泛地应用于生产和生活中。基于AT89C51的智能温度预警系统的设计，其目的在于：（1） 掌握数字温度传感器AT89C51单片机的工作原理、和使用方法，利用C语言编写单片机程序。（2） 掌握数字温度传感器DS18B20的工作原理、和使用方法，利用C51对系统进行编程。（3） 本课题综合了现代嵌入式技术和传感器技术专业领域方面的知识，可全面提高学生的理论水平和动手能力。1.3 国内外现状及水平传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段:传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；模拟
10、集成温度传感器；数字温度传感器。目前，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展，同时具有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。随着我国四个现代化和经济发展，我国在科技和生产各领域都取得了飞速的发展和进步，发展以温度传感器为载体的温度测量技术具有重大意义。1.4 课题研究内容本设计研究的主要内容如下：（1）本设计以AT89C51单片机为控制系统，来实现对温度的监测、处理等功能。在广泛查阅温度检测控制理论和方法、测温技术和温度控制技术等资料的基础上，根据不同的控制要求及应用领域完成对系统方案的总
11、体设计。（2） 在比较各元器件的特点和功能后，选择合适的元器件。（3） 设计硬件系统。设计主要包括：温度传感器采集温度数据、单片机处理温度数据、LCD显示温度、键盘设置参数、报警电路等模块。（4） 设计软件系统。本以C语言为设计语言，用Source Insight软件编辑代码，采用Keil软件编译程序。本设计的重点分为软件和硬件两个方面。其中硬件开发的难点在于各种元器件的选择和使用。软件开发的难点在于温度传感器的时序。第2章 统方案设计2.1 基于模拟温度传感器的设计方案该方案由AD590模拟温度传感器、运算放大器、AD转换器、51单片机、键盘、液晶显示屏、集成功率放大器、报警器组成，如图2.
12、1所示。本方案采用AD590模拟温度传感器检测温度，传感器将测量的温度变换转换成变化的电流，再通过模拟电路将电流的变化转换成电压的变化，使用运算放大器将信号进行适当的放大，最后通过AD转换器将模拟信号转换成数字信号，传送给AT89C51。AT89C51将温度值进行处理之后用液晶显示屏显示 ，有报警信号时，信号通过集成功放放大，传给报警器。图2.1基于模拟温度传感器的设计方案本方案使用的测温元件的性能指标如下：（1）模拟温度传感器的测温范围为55+150。（2）模拟温度传感器的电源电压范围为4V30V，电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。模拟温度传感器可以承受44V
13、正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。（3） 输出电阻为710MW。 （4） 精度高，模拟温度传感器共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在55+150范围内，非线性误差为0.3。 集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便、温度测量范围广等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0时输出为0，温度25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1mA/K。2.2 基于数字温度传感器的设计方案该方案以数字温度传感器DS18B20为温度测量元件，使用AT89C51单片机作为控制核心
14、，使用4个DS18B20进行温度检测，通过44键盘设置正常温度的最大值，采用12864 液晶显示电路，使用LM386作为功率放大器报警电路中的喇叭。 图2.2基于数字温度传感器的设计方案本课题采用DS18B20数字温度传感器作为测为测温元件,它具有如下特点:（1） 测量温度范围在55C到125C之间。（2） 每个DS18B2都有唯一的ID。（3） 912位分辨率可调。（4） 只要一个端口即可通信。（5） 实际应用中不需要外部接任何元器件即可实现测温。（6） 内部有温度上、下限告警设置。2.3 方案论证本设计要求测温范围为-20+80，精度为0.5，测量的点数为4。采用LCD显示，显示数据每秒刷
15、新1次。综合分析数字温度传感器和模拟温度传感器的性能指标，以上两个方案都能实现设计的需求。方案一采用了DS18B20数字温度传感器。它能在现场采集温度数据，直接将温度物理量转换为数字信号并以总线方式传送到单片机，再由单片机进行数据处理，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字式读取方式，因而使用数字温度传感器可使系统结构更加简单，可靠性更高，大大提高系统的抗干扰能力。数字温度传感器体积小、经济、使用方便灵活、测试精度高、较高的性能价格比，有CRC校验，系统简明直观，适合于恶劣环境的现场温度测量，如: 测温类消费电子产品、环境控制设备或过程控制等。方案二采用AD590模拟温度传感器，转换结果需要经过AD转
