基于單片機(jī)的上下限溫度控制報(bào)警器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)題目：基于單片機(jī)的上下限溫度控制報(bào)警器 專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)年 級(jí)：11 級(jí)學(xué) 號(hào)：10605111049姓 名： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間：2014年6月摘 要本設(shè)計(jì)的主要功能是在一定范圍內(nèi)檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度并顯示，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的上下限溫度實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。與傳統(tǒng)的溫度報(bào)警器相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)stc12c5a16s2，測(cè)溫傳感器使用ds18b20，用3位共陽(yáng)極led數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。同時(shí)本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友善、管理功能健全、系統(tǒng)可

2、靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)我們按照模塊化程序設(shè)計(jì)思想，完成了對(duì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，給出了各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)思想和流程圖。溫度采集控制控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采樣轉(zhuǎn)換，數(shù)碼顯示管對(duì)采集的溫度進(jìn)行數(shù)碼顯示，穩(wěn)定進(jìn)行升溫、降溫的控制過(guò)程?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中工作穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。自動(dòng)控制技術(shù)尤其是溫度控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，時(shí)滯效應(yīng)始終困擾著其實(shí)際應(yīng)用，為此人們發(fā)明了多種控制方法來(lái)解決時(shí)滯問(wèn)題，例如比例控制方式、本文將針對(duì)一種溫度控制方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并設(shè)計(jì)一個(gè)以stc12c5a16s2單片機(jī)為核心、利用新型集成化智能1-wire總線數(shù)字溫度傳感

3、器ds18b20實(shí)現(xiàn)的溫度采集控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：溫度自動(dòng)控制、單片機(jī)stc12c5a16s2、led數(shù)碼顯示管、蜂鳴器、溫度傳感器ds18b20說(shuō) 明本文主要設(shè)計(jì)了一種采用單片機(jī)stc12c5a16s2作為核心的低成本、高精度、微型化的溫度報(bào)警器，本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友善、管理功能健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便。本文詳細(xì)論述由單片機(jī)控制的溫度上下限報(bào)警器的基本原理，并用軟件protel dip 2004 sp2實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。序號(hào)姓名學(xué)號(hào)班級(jí)任務(wù)分配1李自鵬10605111054應(yīng)用電子技術(shù)11-1班 組長(zhǎng)總體方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、電路板制作、最終調(diào)試2宋朝鳳1060

4、5111049應(yīng)用電子技術(shù)11-1班總體方案設(shè)計(jì)、焊接安裝、購(gòu)買元器件、撰寫論文 目 錄 第一章：設(shè)計(jì)意義與相關(guān)技術(shù)發(fā)展41：設(shè)計(jì)背景42：溫度檢測(cè)的意義與技術(shù)發(fā)展4第二章：設(shè)計(jì)方案51：方案一52：方案二5第三章：硬件電路61：主控制器7stc12c5a16s2單片機(jī)主要性能92：溫度傳感器93：顯示電路124：報(bào)警電路135：按鍵電路136：繼電器輸出電路147：系統(tǒng)整體硬件電路14第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)161：主程序162：讀出溫度子程序173：溫度轉(zhuǎn)換命令子程序174：計(jì)算溫度子程序175：顯示溫度刷新子程序18第五章：系統(tǒng)測(cè)試與總結(jié)181：系統(tǒng)測(cè)試182：總結(jié)19致謝19附件20第一章

5、：設(shè)計(jì)意義與相關(guān)技術(shù)發(fā)展 1：設(shè)計(jì)背景溫度是生產(chǎn)工藝過(guò)程中最基本、最重要的控制參數(shù)之一，關(guān)系到生產(chǎn)條件的建立，產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、效率，以及生產(chǎn)設(shè)備的壽命與安全等。溫度是物體冷熱程度的表現(xiàn)參數(shù)。溫度測(cè)量?jī)x的由感溫元件幫助完成檢測(cè)。隨著溫度檢測(cè)理論和技術(shù)的不斷更新, 溫度傳感器的種類也越來(lái)越多，在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器，目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成傳感器等，每種傳感器根據(jù)其自身特性，都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。我們希望通過(guò)自己的所學(xué)的知識(shí)和借助這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)做出一個(gè)與生活密切相關(guān)且實(shí)用的東西，通過(guò)我們的篩選和結(jié)合自身所學(xué)知識(shí)的局限性，我們選

6、擇了上下限溫度控制報(bào)警器。本設(shè)計(jì)的主要功能是在一定范圍內(nèi)檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度并顯示，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的上下限溫度實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。與傳統(tǒng)的溫度報(bào)警器相比，具有讀數(shù)方便（led數(shù)碼管顯示），測(cè)溫范圍廣（溫度調(diào)節(jié)上限為125度，下限為-55度），測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)stc12c5a16s2，測(cè)溫傳感器使用ds18b20，用3位共陽(yáng)極led數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。同時(shí)本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友善、管理功能健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 2：溫度檢測(cè)的意義與技術(shù)發(fā)展 溫度是一種最基本

7、的環(huán)境參數(shù)，人們的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。 溫度是一個(gè)十分重要的物理量,對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高,人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度:如大氣及空調(diào)房中溫度的高低,直接影響著人們的身體健康;在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上,環(huán)境溫度不適當(dāng),會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。現(xiàn)今世界上的溫度檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)喜人的成果，其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計(jì)分辨能

8、力可達(dá)0.0001,理論上可達(dá)0.00001,而且在-40230范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性;日本利用所謂石英溫度頻率轉(zhuǎn)換器-80200的溫度范圍,最大分辨率達(dá)0.0001;美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局研制的電阻溫度計(jì)25歐標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì),電橋分辨0.00002;我國(guó)生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達(dá)到0.0001,誤差在0.05以內(nèi),中國(guó)航天工業(yè)總公司702所研制的5901(stp-1000)型粘貼式測(cè)溫片,其靜態(tài)測(cè)溫精度為0.5%,快速響應(yīng)時(shí)間小于0.013s。如今溫度檢測(cè)發(fā)展的主要方向?yàn)楸∧囟葌鞲衅?、輻射測(cè)溫技術(shù)和光纖測(cè)溫技術(shù)。溫度采集系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算

9、機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無(wú)法滿足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末，經(jīng)歷了scm、mcu和soc三大階段。 第二章：設(shè)計(jì)方案 1：方案一由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。并且測(cè)量溫度精度不高，有偏差。 ds18b20at

10、89c52 主控制器 顯示電路 掃描驅(qū)動(dòng) 2：方案二進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器，傳感器可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求，且測(cè)量精度很高。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用方案二。進(jìn)一步我們先大概設(shè)計(jì)出了方案框圖（如圖1），控制器采用單片機(jī)stc12c5a16s2，溫度傳感器采用ds18b20，用3位led數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，用一位數(shù)碼管顯示攝氏度符號(hào)。三個(gè)按鍵進(jìn)行溫度上、下限報(bào)警值設(shè)置。在硬件選擇上為了有利于購(gòu)買和實(shí)驗(yàn)方便，根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)

11、上各種處理器的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)選擇stc12c5a16s2單片機(jī)，溫度檢測(cè)采用ds18b20溫度傳感器，輸入部分用三個(gè)按鍵，可以調(diào)整溫度上下限的范圍，顯示部分采用經(jīng)濟(jì)適用的3位led數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，用一位數(shù)碼管顯示攝氏度符號(hào)，超出的溫度上限或下限用led表示，報(bào)警采用蜂鳴器。功能上：當(dāng)溫度傳感器ds18b20采集到環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度，表示高溫的發(fā)光二極管亮并且蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)溫度傳感器ds18b20采集到環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度，表示低溫的發(fā)光二極管亮并且蜂鳴器報(bào)警。對(duì)溫度傳感器的啟用與控制需要嚴(yán)格的時(shí)間限制，這部分程序的編寫是復(fù)雜而繁瑣的。這些部分是一個(gè)連貫的過(guò)程，又有著不確定時(shí)間，時(shí)間要求比

12、較嚴(yán)格。所以在軟件設(shè)計(jì)上我們采用簡(jiǎn)單易懂的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，同時(shí)把整個(gè)系統(tǒng)程序分為幾大快來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。led顯示主控制器單片機(jī)復(fù)位按鍵調(diào)整溫度傳感器 報(bào)警電路1路輸出時(shí)鐘振蕩2路輸出圖1總體設(shè)計(jì)方框圖第三章：硬件電路一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，單純依靠一塊單片機(jī)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。它必須與外圍電路元件相互搭配，共同完成任務(wù)。本設(shè)計(jì)用到的外圍電路有：顯示電路、報(bào)警電路、按鍵電路和繼電器輸出電路。要讓各個(gè)部分電路能在一起穩(wěn)定的工作，就要讓它們銜接的很匹配，如各部分電路對(duì)電壓、電流的要求等都要合理的設(shè)計(jì)。下面是對(duì)各部分硬件電路的介紹。

13、1：主控制器單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microcomputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低、等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各領(lǐng)域。盡管單片機(jī)種類很多，但無(wú)論是從世界范圍還是從全國(guó)范圍來(lái)看，使用最為廣泛的應(yīng)屬mcs-51系列單片機(jī)。其生產(chǎn)廠家有：intel公司、atmel公司、philips公司等。本設(shè)計(jì)采用atmel公司的stc12c5a16s2，其它廠家單片機(jī)這里不再多說(shuō)，以下是對(duì)stc12c5a16s2的介紹。atmel公司生產(chǎn)的s

14、tc12c5a16s2單片機(jī)是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，內(nèi)部除cpu外，還包括128b的內(nèi)部用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram，4kb的內(nèi)部用戶程序存儲(chǔ)器，4個(gè)8位并行可編程i/0口，2個(gè)16位計(jì)數(shù)/定時(shí)器，5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)別，1個(gè)可編程的串行通信口。以下是對(duì)各部分的具體介紹：內(nèi)部介紹：（1） 中央處理器又稱cpu，是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又稱ram，stc12c5a16s2內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它

15、們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型數(shù)據(jù)。并具有64kb外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間。（3） 程序存儲(chǔ)器又稱rom，s51共有4kb的掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。并具有64kb外部程序存儲(chǔ)器尋址空間。（4） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器，s51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，稱為定時(shí)器0（t0）和定時(shí)器1（t1）。t0有專用寄存器th0和tl0組成，t10有專用寄存器th1和tl1組成。并且可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式、定時(shí)時(shí)間、計(jì)數(shù)值、啟動(dòng)、中斷請(qǐng)求等都可

16、以由程序設(shè)定。（5） 中斷系統(tǒng)，s51的中斷功能較強(qiáng)，可滿足控制應(yīng)用的需要。共有5個(gè)中斷源，即兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，并具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別的選擇。時(shí)鐘電路，stc12c5a16s2內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，系統(tǒng)允許的晶振頻率一般位6mhz和12mhz，在應(yīng)用精度要求較高的場(chǎng)合一般選用11.0592mhz，可以使定時(shí)器/計(jì)數(shù)器更精確。4路pwm 8路高速10位a、d轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。外部介紹：stc12c5a16s2單片機(jī)引腳如下圖：stc12c5a16s2單片機(jī)引腳介紹：p0.0p0.7(3932)：p0口

17、是一個(gè)漏極開路型準(zhǔn)雙向i/o口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問(wèn)期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在eprom編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 p1.0p1.7(1-8)：p1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。在eprom編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。 p2.0p2.7(21-28)：p2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高8位地址。在對(duì)efrom編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。 p3.0p3.7(10-17)：p3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p1口設(shè)

18、定p1m07:0p1m17:0i/o口模式（p1.x如做a/d使用。需先將其設(shè)置成開漏或高阻輸入）00準(zhǔn)雙向口（傳統(tǒng)8051 i/o口模式），灌電流可達(dá)20ma，拉電源為230微安，由于制造誤差，實(shí)際為250150微安01推挽輸出10僅為輸入（高阻），如果該i/o口需作a/d使用，可選此模式11開漏，如果該i/o口需作a/d使用，可選此模式stc12c5a16s2單片機(jī)主要性能高速：1 個(gè)時(shí)鐘/ 機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051 內(nèi)核，速度比普通8051 快812 倍寬電壓：5.53.8v，2.43.8v（stc12le5410ad 系列）低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）工作頻率：0

19、35mhz，相當(dāng)于普通8051：0420mhz- 實(shí)際可到48mhz，相當(dāng)于8051： 0576mhz時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部rc 振蕩器可選，在isp 下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置 16k 字節(jié)片內(nèi)flash 程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10 萬(wàn)次以上 512 字節(jié)片內(nèi)ram 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片內(nèi)eeprom 功能 isp / iap，在系統(tǒng)可編程/ 在應(yīng)用可編程,無(wú)需編程器/ 仿真器 10 位adc，8 通道, stc12c5a16s2 系列為8 位adc。4 路pwm 還可當(dāng)4 路d/a 使用 2 個(gè)硬件16 位定時(shí)器，兼容普通8051 的定時(shí)器。4 路pca 還可再實(shí)現(xiàn)4 個(gè)定時(shí)器硬件看門狗（wdt）高速s

20、pi 通信端口全雙工異步串行口(uart),兼容普通8051 的串口先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集4 組8 個(gè)8 位通用工作寄存器（共32 個(gè)通用寄存器）有硬件乘法/ 除法指令通用i/o 口（27/23/15 個(gè)），復(fù)位后為： 準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)i/o 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉，推挽/ 強(qiáng)上拉，僅為輸入/ 高阻，開漏每個(gè)i/o 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20ma，但整個(gè)芯片最大不得超過(guò)55ma。 2：溫度傳感器美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds1820是世界上第一片支持 一線總線接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（on-b0ard）專利技術(shù)

21、。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的ds18b20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。目前ds18b20批量采購(gòu)價(jià)格僅10元左右。 在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度

22、傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器ds18b20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。 ds18b20產(chǎn)品的特點(diǎn) （1）.只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 （2）.在ds18b20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。 （3）.實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 （4）.測(cè)量溫度范圍在55。c到125。c之間。 （5）.數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。 （6）.內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。ds18b20引腳圖及引腳功能介紹 to92封裝的ds18b20的引腳排列見下圖，其引腳功能描述見下表。 序號(hào)

23、名稱引腳功能描述1gnd地信號(hào)2dq數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。3vdd可選擇的vdd引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。ds18b20的使用方法 由于ds18b20采用的是1wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)at89s51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì)ds18b20芯片的訪問(wèn)。由于ds18b20是在一根i/o線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。ds18b20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為

24、主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。ds18b20的讀時(shí)序?qū)τ赿s18b20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 對(duì)于ds18b20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓ds18b20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。ds18b20在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60us才能完成。 ds18b20的寫時(shí)序 對(duì)于ds18b20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 對(duì)于ds18b20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)

25、序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證ds18b20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣io總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。 3：顯示電路顯示電路采用3位共陽(yáng)led數(shù)碼管做為溫度值顯示。用三個(gè)8550pnp三極做為每一位led管的驅(qū)動(dòng)電路，這樣使得數(shù)碼管電流量更大，亮度更亮。一位共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示攝氏度符號(hào)，使得整個(gè)顯示電路更加人性化（實(shí)際效果如下圖）。4：報(bào)警電路采用有源蜂鳴器做為報(bào)警器，用一個(gè)pnp三極管8550做為驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器可以在被測(cè)溫度超過(guò)上限溫度或者低于下限溫度時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音。1ls1speaker+5vq48550r1

26、610kp3.7 5：按鍵電路三個(gè)輕觸開關(guān)組成按鍵電路，因?yàn)槎际仟?dú)立的按鍵所以采用直接接地的方法，這樣電路比較簡(jiǎn)單，達(dá)到了效果。三個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度的上下限報(bào)警溫度，當(dāng)按下設(shè)置鍵一次，數(shù)碼管顯示hxx且 led數(shù)碼管閃爍，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上限溫度值。按下設(shè)置鍵第二次，l xx且數(shù)碼管閃爍，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警下限溫度值。通過(guò)“加鍵”可以對(duì)設(shè)置數(shù)值加。通過(guò)“減鍵”可以對(duì)設(shè)置數(shù)值減。每按一次減1。最高可加到100，最低可減到0。 6：繼電器輸出電路如下圖所示： +5vr1510kp3.5q68550jdq2v21n4148123j3con3+5vr1410kp3.7q58550jdq1v11

27、n4148123j2con3 7：系統(tǒng)整體硬件電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，如下圖所示（圖見下頁(yè)）。圖中沒(méi)有采用按鍵做為復(fù)位電路，直接采用電容充電的方式做為復(fù)位，在每上電時(shí)單片機(jī)復(fù)位一次這樣就可以達(dá)到重啟單片機(jī)的效果。第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上我們采用簡(jiǎn)單易懂的c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，同時(shí)把整個(gè)系統(tǒng)程序分為幾大快來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 1：主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理ds18b20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣

28、可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖2所示。y發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)rom命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，crc校驗(yàn)9字節(jié)完？crc校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束nny初始化調(diào)用顯示子程序1s到？初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令nyny圖2 主程序流程圖 圖3讀溫度流程圖 2：讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖2示。 3：溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示

29、程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖下圖所示：發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束溫度轉(zhuǎn)換流程圖 4：計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)am中讀取值進(jìn)行bcd碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖4所示：開始溫度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度bcd值 計(jì)算整數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束置“+”標(biāo)志ny溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器個(gè)位數(shù)0？十位數(shù)0？個(gè)位數(shù)顯示符號(hào)十位數(shù)不顯示十位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)） 結(jié)束nnyy圖4計(jì)算溫度流程圖 圖5顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖 5：顯示溫度刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，

30、當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖5。第五章：系統(tǒng)測(cè)試與總結(jié) 1：系統(tǒng)測(cè)試當(dāng)溫度傳感器ds18b20采集到環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度，表示高溫的led閃爍并且蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)溫度傳感器ds18b20采集到環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度，表示低溫的led閃爍并且蜂鳴器報(bào)警。按功能鍵，按一下調(diào)整溫度下限，按加減可以對(duì)溫度下限的參數(shù)調(diào)整，在按功能鍵，調(diào)整溫度上限，按加減可以對(duì)溫度上限進(jìn)行調(diào)整，按第三次恢復(fù)正常顯示。1、測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括數(shù)字萬(wàn)用表、stc仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。2、測(cè)試方法 數(shù)字萬(wàn)用表主要用來(lái)測(cè)試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；直流穩(wěn)壓電源在測(cè)試期間為各待

31、測(cè)系統(tǒng)供電。測(cè)試結(jié)果及結(jié)論分析： 通過(guò)萬(wàn)用表的測(cè)試發(fā)現(xiàn)了個(gè)別地方的有虛焊、短路的問(wèn)題；主要是在電路板制作過(guò)程中焊盤、電路密集的地方焊盤和線路之間的距離設(shè)置過(guò)小，在腐蝕的過(guò)程中由于fecl3的量不夠，個(gè)別地方腐蝕不徹底，留有銅斑所至，所幸通過(guò)小刀修改最后順利完成作品的制作。 2：總結(jié)經(jīng)過(guò)1個(gè)多月的設(shè)計(jì)與制作，終于完成了我們的數(shù)字溫度報(bào)警器的畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把實(shí)物都做了出來(lái)，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前還做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我們長(zhǎng)進(jìn)了很多。這次在初期電路設(shè)計(jì)時(shí)，由于個(gè)別元件在protel

32、2004中的元件庫(kù)里面沒(méi)有，需自己繪制元件，在這個(gè)過(guò)程中的封裝時(shí)由于對(duì)實(shí)物元件沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)（個(gè)別元件之前沒(méi)有見過(guò)實(shí)物），以至于封裝不正確導(dǎo)致整個(gè)電路有錯(cuò)，在軟件模擬和制作pcb板圖時(shí)連線不正確；但慶幸的是電路本身沒(méi)有太大問(wèn)題，最終在老師的幫助下把作品成功做出來(lái)了。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過(guò)幾次程序，但我們覺(jué)的寫好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，有好多的東西，只有我們們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我們真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，

33、學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我們?cè)谶@次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。致謝首先要衷心感謝的是我們的指導(dǎo)教師陳顯祥和王松老師！在我們學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問(wèn)的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。這些都將使我們終生受益。無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)不得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助。我們?cè)附璐藱C(jī)會(huì)向?qū)煴硎局孕牡母兄x！其次要感謝所有教育過(guò)我們的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉，也是完成本論文的基礎(chǔ)。我們還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對(duì)我們的關(guān)心、關(guān)注和支持！ 大學(xué)的生活讓我們有了堅(jiān)強(qiáng)的性格，冷靜

34、的頭腦和永遠(yuǎn)樂(lè)觀的態(tài)度。最重要的是讓我們有了責(zé)任感，對(duì)自己、對(duì)家人和對(duì)社會(huì)。附件附件1：pcb板圖：附件2：成品實(shí)物圖： 附件3：程序源文件/*-/*-溫度控制器v1.5顯示為三個(gè)共陽(yáng)極led溫度傳感器用單總線ds18b20cpu為2051，四個(gè)按鍵，分別為up，down，set溫度調(diào)節(jié)上限為125度，下限為-55度只能用于單只18b20-*/#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intcode unsigned char seg7code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92

35、, 0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf; /不帶小數(shù)點(diǎn)的共陽(yáng)數(shù)碼管段碼code unsigned char seg7codeb=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12, 0x02,0x78,0x00,0x10,0xff,0xbf; /帶小數(shù)點(diǎn)的共陽(yáng)數(shù)碼管段碼sbit key_up=p16; /上調(diào)溫度sbit key_down=p17; /下調(diào)溫度sbit key_set=p15; /設(shè)定鍵（溫度設(shè)定，長(zhǎng)按開電源） sbit ledonec=p26; /led ds1控制（百位）sbit ledtwoc=p25; /led ds2控制（十位）sbit

36、 ledthreec=p24; /led ds3控制（個(gè)位）sbit dq=p20;/ds1820 dataportsbit hout=p37;/繼電器輸出器輸出sbit hled=p36;sbit lout=p35;sbit lled=p34;sbit bell=p33;unsigned int shangxian; /上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38unsigned int xiaxian; /下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為5uchar data wendu3;uchar user_set4;unsigned char l,h,j,k,fuhao,fg,fg1;unsigned int temp,num

37、;/*ds18b20延時(shí)函數(shù)*/void delay(unsigned int i)while(i-);/*初始化ds18b20*/void ds18b20_init(void)unsigned char i;bit flag;while(flag=0)dq=1;delay(20);dq=0;delay(200);dq=1;delay(10);while(1)i=dq;if(i=0)flag=1;delay(50);break;flag=0;/*主機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到ds18b20的子程序*/void ds18b20_write(unsigned char date)unsigned cha

38、r i;for(i=8;i0;i-)dq=0;dq=date&0x01;delay(20);dq=1;date=1;delay(15);/*主機(jī)從ds18b20讀取一個(gè)字節(jié)子程序*/unsigned char ds18b20_read(void)unsigned char i,date;for(i=8;i0;i-)dq=0;date=1;dq=1;if(dq=1) / 檢測(cè)總線當(dāng)前位的高低,如果為低就跳過(guò),繼續(xù)下一個(gè)循環(huán) date=date|0x80;/如果為高,就把date的當(dāng)前位也置高,繼續(xù)下一個(gè)循環(huán) delay(15);return(date);/*溫度顯示*/ void temp_re

39、ad(void)ea=0; ds18b20_init(); ds18b20_write(0xcc);ds18b20_write(0x44);delay(300);ds18b20_init();ds18b20_write(0xcc);ds18b20_write(0xbe);l=ds18b20_read();h=ds18b20_read();delay(200);k=h&0x08;/提取h的第4位if(k=0x08)/檢測(cè)h的第4位是否為1 fuhao=1;/負(fù)溫度符號(hào)的掃描位碼 temp=(h*256)+l);/把h左移8位，加上l后再按位取反temp=temp+1; temp=temp*0.6

40、25;/把取反后的值乘以0.625得到10進(jìn)制實(shí)際溫度值再擴(kuò)大100倍，精確到小數(shù)點(diǎn)后面2位數(shù)（h和l的值計(jì)算的時(shí)候由軟件自動(dòng)轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制）else fuhao=0;/如果溫度為正值，符號(hào)位就不顯示 temp=(h*256)+l)*0.625;/把h左移8位，加上l后的值乘以0.625得到10進(jìn)制實(shí)際溫度值再擴(kuò)大100倍，精確到小數(shù)點(diǎn)后面2位數(shù)待添加的隱藏文字內(nèi)容3 ea=1; /*顯示函數(shù)*void wendu_display(void) if(fuhao=0) if(temp=1000)temp=99.9; /設(shè)置顯示最大值 ledonec=0; p0=seg7codetemp%1000

41、/100; delay(120); ledonec=1; p0=0xff; ledtwoc=0; p0=seg7codebtemp%100/10; delay(120); ledtwoc=1; p0=0xff; ledthreec=0; p0=seg7codetemp%10; delay(120); ledthreec=1; p0=0xff; if(fuhao=1) /溫度為負(fù)時(shí)顯示的數(shù)據(jù) ledonec=0; p0=seg7code11; delay(120); ledonec=1; p0=0xff; ledtwoc=0; p0=seg7codetemp/10; delay(120); le

42、dtwoc=1; p0=0xff; ledthreec=0; p0=seg7codetemp%10; delay(120); ledthreec=1; p0=0xff; /*進(jìn)入設(shè)置顯示畫面*/void xiaxian_disp(void) /下限設(shè)置界面 ledonec=0; p0=0xc7; delay(50); ledonec=1; p0=0xff; ledtwoc=0; p0=seg7codexiaxian/10; delay(50); ledtwoc=1; p0=0xff; ledthreec=0; p0=seg7codexiaxian%10; delay(50); ledthree

43、c=1; p0=0xff; void shangxian_disp(void) /上限設(shè)置界面 ledonec=0; p0=0x89; delay(50); ledonec=1; p0=0xff; ledtwoc=0; p0=seg7codeshangxian/10; delay(50); ledtwoc=1; p0=0xff; ledthreec=0; p0=seg7codeshangxian%10; delay(50); ledthreec=1; p0=0xff; /*eeprom部份*/* 關(guān)閉 ispiap 功能 *void isp_iap_disable(void)iap_contr

44、 = 0x00;iap_cmd = 0x00; iap_trig = 0x00;iap_addrh=0x00;iap_addrl=0x00;ea = 1; /開中斷/*字節(jié)讀*uchar byte_read(uint byte_addr)iap_contr = 0x85; /開啟isp/iap;并送等待時(shí)間 iap_cmd = 0x01; /送字節(jié)讀命令字 iap_addrh = (uchar)(byte_addr 8); /送地址高字節(jié)iap_addrl = (uchar)(byte_addr &0x00ff); /送地址低字節(jié)ea = 0; /關(guān)中斷iap_trig = 0x5a; /送觸

45、發(fā)命令字 0x46、0xb9iap_trig = 0xa5;_nop_();isp_iap_disable(); /關(guān)閉isp/iap功能ea = 1; /開中斷return (iap_data);/*字節(jié)編程*void byte_program(uint byte_addr ,uchar isp_iap_data)iap_contr = 0x85; /開啟isp/iap;并送等待時(shí)間iap_cmd = 0x02; /送字節(jié)編程命令字 iap_addrh = (uchar)(byte_addr 8); /送地址高字節(jié)iap_addrl = (uchar)(byte_addr &0x00ff);

46、 /送地址低字節(jié) iap_data = isp_iap_data; /送數(shù)據(jù)進(jìn)isp_dataea = 0; /關(guān)中斷iap_trig = 0x5a; /送觸發(fā)命令字 0x46、0xb9iap_trig = 0xa5;_nop_();isp_iap_disable(); /關(guān)閉isp/iap功能ea = 1; /開中斷 /* 扇區(qū)擦除*void sector_erase(uint sector_addr) iap_contr = 0x85; /開啟isp/iap;并送等待時(shí)間/ isp_contr=0xc1;iap_cmd = 0x03; /送扇區(qū)擦除命令字 iap_addrh = (uchar)(sector_addr 8); /送地址高字節(jié)iap_addrl = (uchar)(sector_addr &0x00ff); /送地址低字節(jié)ea = 0; /關(guān)中斷iap_trig = 0x5a; /送觸發(fā)命令字 0x46、0xb9iap_trig = 0xa5;_nop_();isp_iap_disable(); /關(guān)閉isp/iap功能ea = 1;/*eeprom擦寫數(shù)據(jù)*/ void iap_set(void) fg1=1; sector_erase(0x2000); byte_program(