溫報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)學(xué) 院 專 業(yè) 電子信息工程班 級(jí) 學(xué) 籍 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 0000年00月00日目錄目錄II第1章緒論31.1溫度報(bào)警器概述31.2 溫度報(bào)警器發(fā)展前景31.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)4第2章總體方案論證與設(shè)計(jì)52.1 方案論述52.2 總體硬件組成框圖5第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 單片機(jī)63.2 溫度采集電路63.2.1 PT100溫度傳感器63.2.2 測(cè)溫電路73.3 A/D轉(zhuǎn)換電路73.3.1 ADC0801介紹73.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理83.4 溫度顯示電路8第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)94.1 軟件設(shè)計(jì)思路94.2 主程序設(shè)計(jì)9第5章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析105.1 使用

2、的儀器儀表105.2 系統(tǒng)調(diào)試105.2.1 硬件調(diào)試105.2.2 軟件調(diào)試105.2.3 硬件軟件聯(lián)調(diào)105.3 測(cè)試結(jié)果10附錄1 系統(tǒng)電路圖12附錄2 元器件清單13附錄3 程序清單14第1章 緒論溫度是一個(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。溫度報(bào)警器廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中：環(huán)境溫度檢測(cè)，機(jī)房溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警，蔬菜大棚、花窖、魚塘水溫監(jiān)測(cè)，工廠用的烘箱、電爐，汽車低溫報(bào)警（提示司機(jī)路面結(jié)冰），實(shí)驗(yàn)室，冷庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警等等，其研究具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣泛的市場(chǎng)前景。1.1

3、 溫度報(bào)警器概述現(xiàn)代社會(huì)是信息化的社會(huì)，隨著安全化程度的日益提高，機(jī)房作為現(xiàn)代化的樞紐，其安全工作已成為重中之重，機(jī)房?jī)?nèi)一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，造成巨大的損失和社會(huì)影響。造成高溫火災(zāi)有：電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發(fā)高溫或火災(zāi)；靜電產(chǎn)生高溫或火災(zāi)；雷電等強(qiáng)電侵入導(dǎo)致高溫或火災(zāi)；最主要是機(jī)房?jī)?nèi)電腦、空調(diào)等用電設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間通電工作，導(dǎo)致設(shè)備老化，空調(diào)發(fā)生故障，而不能降溫；因此機(jī)房?jī)?nèi)所屬的電子產(chǎn)品發(fā)熱快，在短時(shí)間內(nèi)機(jī)房溫度升高超出設(shè)備正常溫度，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或產(chǎn)生火災(zāi)，這時(shí)超溫報(bào)警系統(tǒng)就發(fā)揮應(yīng)有的功能。本文介紹的是采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報(bào)警器，當(dāng)由金屬探頭所接觸的溫度通過傳感

4、器到開關(guān)，如果溫度超過預(yù)定值，此時(shí)的開關(guān)即開啟，連接報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，此時(shí)的發(fā)聲的報(bào)警裝置可以通過改變一些元器件的接法而發(fā)出不同的聲音。為了增加實(shí)用效果,特添加由共陽(yáng)極雙色發(fā)光管組成的指示電路.電路不報(bào)警時(shí)為綠燈,反則報(bào)警時(shí)為紅綠交替。1.2 溫度報(bào)警器發(fā)展前景目前我國(guó)人民生活水平有所提高，一些電器產(chǎn)品正深入到千家萬戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前有約13億人口，幾乎每個(gè)家庭都用過象熱得快之類的燒水工具。隨之而來的便是由于使用不當(dāng)或在使用的同時(shí)卻忘了而發(fā)生的事故。如果將本系統(tǒng)用于實(shí)際，可以有效遏制該類事故發(fā)生。因此，如果實(shí)際的產(chǎn)品一旦投放市場(chǎng)，必將有很大的市場(chǎng)空間和廣闊的發(fā)展前景。本產(chǎn)品在把一些連線以不同

5、的方式連接時(shí)，可以發(fā)出不同的報(bào)警聲。本產(chǎn)品克服了現(xiàn)在流行的報(bào)警器的缺點(diǎn)，成本低，具有更大的實(shí)用性、新穎性。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景如下：高靈敏度，高穩(wěn)定性，報(bào)警及時(shí)。本系統(tǒng)能具有高靈敏度和高穩(wěn)定性，得益于系統(tǒng)有很好的傳感器。但是它仍然有一定的缺陷，自身有很大的局限性。如果能夠把更好的傳感器應(yīng)用到該產(chǎn)品中，該產(chǎn)品會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)本文介紹的溫度報(bào)警器以AT89S52單片機(jī)為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測(cè)電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電器、報(bào)警電路、復(fù)位電路以及2個(gè)LED數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)用LED顯示，同時(shí)在超過預(yù)設(shè)范圍時(shí)產(chǎn)

6、生報(bào)警信號(hào)。本文分析了溫度傳感器的工作原理，系統(tǒng)硬件電路以及軟件部分的設(shè)計(jì)。第2章 總體方案論證與設(shè)計(jì)本文介紹的溫度報(bào)警器以AT89S52單片機(jī)為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測(cè)電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電器、報(bào)警電路、復(fù)位電路以及2個(gè)LED數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并能在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)用LED顯示，同時(shí)在超過預(yù)設(shè)范圍時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。該系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，方便移植且開發(fā)簡(jiǎn)單。本溫度報(bào)警器功能實(shí)用、成本低廉、操作方便、有一定的實(shí)用價(jià)值。2.1 方案論述方案一：通過PT100熱敏電阻對(duì)溫度進(jìn)行采集，隨著溫度的變化，PT100的阻值也會(huì)隨著變化，則通過自制的橋式測(cè)溫

7、電路的分壓也會(huì)發(fā)生變化，由于變化的分壓不是很大，所以采取UA741CN放大器將變化的電壓進(jìn)行放大，放大到AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠處理的范圍之內(nèi)。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度信號(hào)傳入到AT89S52單片機(jī)，再由單片機(jī)控制繼電器、蜂鳴器和數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)溫度控制、報(bào)警、顯示的功能。當(dāng)溫度在18度至70度之間時(shí)，系統(tǒng)正確顯示溫度，當(dāng)溫度超出這個(gè)范圍時(shí)系統(tǒng)在顯示溫度的同時(shí)發(fā)出警報(bào)聲。方案二：主電路由NTC測(cè)溫電阻，可調(diào)溫度電位器，低頻振蕩器和音頻振蕩器四部分組成，工作原理如下：由電位器設(shè)定好溫度值,當(dāng)溫度升高時(shí)，測(cè)溫電阻NTC的電阻值降低，達(dá)到CD4011輸入高電平閥值，導(dǎo)致低頻振蕩器工作，調(diào)制音頻振蕩器，通過三

8、極管放大，由報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲。通過對(duì)比，從適用前景和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益分析來看,選擇第一種方案比較合理。2.2 總體硬件組成框圖系統(tǒng)原理圖見圖2-1所示：溫度檢測(cè)AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89S52單片機(jī)LED顯示蜂鳴器繼電器圖2-1 溫度報(bào)警器系統(tǒng)第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對(duì)系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。硬件電路包括LED驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、PC機(jī)通信模塊等三大模塊。3.1 單片機(jī)本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列的AT89S52單片機(jī)，因?yàn)锳T89S52單片機(jī)應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。8051包含了8位CPU，片內(nèi)振蕩器，8K字節(jié)RO

9、M,256字節(jié)RAM，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等。AT89S52的管腳分配如圖3-1：圖3-1 AT89S52的管腳分配圖3.2 溫度采集電路 PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：（1） 測(cè)量范圍：-200+850；（2） 允許偏差值：A級(jí)（0.15+0.002|t|），B級(jí)（0.30+0.005|t|）；（3） 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm；（4） 允通電流5mA因?yàn)镻T100是將溫度轉(zhuǎn)換為電阻，而單片機(jī)處理的為數(shù)字電壓信號(hào)，則要將電阻轉(zhuǎn)換為電壓，同時(shí)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換ADC0801的VI+端口。3.2.2 測(cè)

10、溫電路測(cè)溫的典型應(yīng)用電路如圖3-2所示圖3-2 測(cè)溫電路測(cè)溫原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 構(gòu)成測(cè)量電橋（其中 R1R2，VR2 為 100精密電阻），當(dāng) Pt100 的電阻值和 VR2 的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè) mV 級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放 UA741 放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連 AD 轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中 R3R4、R5R6、放大倍數(shù)R5/R3，運(yùn)放采用單一 5V 供電。3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路3.3.1 ADC0801介紹ADC0801是8位全MOS中速A/D 轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機(jī)直

11、接口接。其主要引腳功能如下：（1）RD，WR：讀選通信號(hào)和選通信號(hào)（低電平有效）。（2）CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端，上升有效。（3）DB0DB7是輸入信號(hào)。（4）CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。（5）CS：片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動(dòng)。（6）WR：寫信號(hào)輸入，接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動(dòng)輸入端，低電平有效，CS、WR同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。（7）INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，低電平有效，輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號(hào)常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。（8）CLK：

12、為外部時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10-1280KHZ，典型值為640KHZ。此時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為10us。通常由MCS51單片機(jī)ALE端直接或分頻后與其相連。當(dāng)MCS單片機(jī)與讀寫外，RAM操作時(shí)，ALE信號(hào)固定為CPU時(shí)鐘頻率的1/6，若單片外接的晶振為6MHZ，則1/6為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為64us。3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理ADC0801的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端DB0DB7與8051的相連。RD與AT89S52 RD相連，WR也是跟AT89S52 WR相連。CS、VIN+接地。（低電平有效）ADC0801的兩模擬信號(hào)輸入端，用以接受單極性、雙極性和差

13、摸輸入信號(hào)，與WR同時(shí)為低電平A/D轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng)切在WR上升沿后100 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí)，INTR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。如CS、RD同時(shí)來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號(hào)送出，而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài) 。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3-3所示。圖3-3 A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.4 溫度顯示電路LED數(shù)碼管顯示原理，共陰數(shù)碼管管腳分配如圖3-4所示：圖3-4 數(shù)碼管顯示原理第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中我們也才用了模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植

14、性。4.1 軟件設(shè)計(jì)思路軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)包括啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、溫度顯示等，其中啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、溫度顯示、溫度控制等工作都在主程序中完成。4.2 主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中下位機(jī)（單片機(jī)89C51）的主要功能就是實(shí)現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換讀取AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)碼管顯示判斷溫度蜂鳴器報(bào)警開始繼電器控制YN圖4-1 程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表見附錄2。5.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模

15、塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試：LED驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的調(diào)試，PC機(jī)通信模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試。5.2.1 硬件調(diào)試對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。5.2.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器WAVE6000L及微機(jī)，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤。5.2.3 硬件軟件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能。5.3 測(cè)試結(jié)果熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號(hào)送入單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度，同時(shí)判斷是否超出了18度至70度的范圍，超出了則斷開開關(guān)并啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，若沒有超出就自然

16、顯示溫度。結(jié)論熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號(hào)送入單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度，同時(shí)判斷是否超出了18度至70度的范圍，超出了則斷開開關(guān)并啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，若沒有超出就自然顯示溫度。該溫度報(bào)警器在proteus中仿真理論上基本可以實(shí)現(xiàn)，但是在仿真過程中還是發(fā)現(xiàn)了LED數(shù)碼管顯示并沒有按照程序設(shè)定的一個(gè)溫度值一個(gè)溫度值的變化，而是兩個(gè)溫度值兩個(gè)溫度值的變換。我個(gè)人覺得可能是proteus數(shù)字仿真軟件在仿真過程中存在延遲或者是誤差。本次實(shí)習(xí)在設(shè)計(jì)和制作溫度報(bào)警器的過程中，對(duì)在校學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識(shí)、電路知識(shí)以及C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)知識(shí)有一個(gè)全面的檢驗(yàn)，在制作過程中也體驗(yàn)了從電路圖的繪制到元器件的焊

17、接組裝調(diào)試的全過程。學(xué)會(huì)了proteus單片機(jī)仿真軟件使用的基本步驟，了解了各個(gè)元器件在proteus中的表示，掌握了proteus和keil uvision3聯(lián)調(diào)的方法，以及AD0801、AT89S52、測(cè)溫電路基本連接方法更培養(yǎng)了我更加細(xì)心、耐心的素質(zhì)。附錄1 系統(tǒng)電路圖附錄2 元器件清單名稱數(shù)量單片機(jī) AT89S521塊LED數(shù)碼管2支蜂鳴器1支繼電器1個(gè)三極管2支發(fā)光二極管2支運(yùn)算放大器UA7411塊15K電阻11個(gè)2.2K電阻1個(gè)3.9K電阻2個(gè)11K電阻2個(gè)22K電阻1個(gè)98電阻1個(gè)22PF電容2片150PF電容1片12M晶振1支二極管1支附錄3 程序清單#include #inc

18、lude #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit wr=P36; sbit rd=P37; sbit JRC=P31; sbit FM=P30; uchar data led4; unsigned char code tab = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /*1ms延時(shí)函數(shù)*/ delay(int t) int i,j; for(i=0;it;i+) for(j=0;j50;j+) ; void start() wr=1; wr=0; wr=

19、1; /* LED數(shù)碼管（顯示）功能子函數(shù)*/ void display(uint tvdata) uint k,temp; P2=0x00; k=tvdata%10; temp=tabk; P2=temp; delay(1); P1=0x00; k=tvdata/10; temp=tabk; P1=temp; delay(1); /*主函數(shù)開始*/ void main() uchar k,wendu; uint advalue; while(1) start(); k=k; k=k; rd=0; advalue=P0; rd=1; k=k; k=k; advalue=advalue*(1.9

20、4); switch(advalue) case 448: wendu=18;break; case 449: wendu=19;break; case 450: wendu=20;break;case 451: wendu=21;break; case 452: wendu=22;break; case 453: wendu=23;break; case 454: wendu=24;break; case 455: wendu=25;break; case 456: wendu=26;break; case 457: wendu=27;break; case 458: wendu=28;br

21、eak; case 459: wendu=29;break; case 460: wendu=30;break; case 461: wendu=31;break; case 462: wendu=32;break; case 463: wendu=33;break; case 464: wendu=34;break; case 465: wendu=35;break; case 466: wendu=36;break; case 467: wendu=37;break; case 468: wendu=38;break; case 469: wendu=39;break; case 470: wendu=40;break; case 471: wendu=41;break; case 472: wendu=42;break; case 473: wendu=43;break; case 474: wendu=44;break; case 475