远程红外测温报警系统--下位机硬件设计

毕业设计说明书（论文）中文摘要 本系统的主电路部分是以AT89C51为中心，用温度传感器LM35进行实时温度采集，经过放大处理后，送到 A/D0809 转换器将模拟信号转换成数字信号，最后送到单片机中进行处理并由 LED 显示。本系统的遥控器电路是以 AT89C2051 为中心，结合适当的外部电路实现功能的。为了实现非现场的控制，系统的PC机部分采用Delphi对程序进行编制，同时，通过RS232及RS485和单片机系统进行通信。本系统主要包括：单片机硬件部分、单片机软件部分、PC机软件部分。本论文主要是介绍单片机硬件部分设计。 关键词 单片机，通信，测温 毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title The Long-Distance Infrared System of Measuring Temperature and Warning the Hardware Part of SCM Abstract The center of the main circuit in the system is AT89C51.The temperature signal is gathered by LM35, and zoomed by LM358. Then this signal is transformed to digital signal by ADC0809. In the end, the digital signal is disposed by SCM and displayed by LED. The remote device circuit is realized by AT89C2051 and suitable exterior circuit. In order to realize the non- scene control, the PC of this system uses Delphi to compile program. At the same time, The PC and the SCM system carry out the real-time communication by the RS232 and RS485 serial device. This system includes three parts: the hardware part of SCM, the software part of SCM and the software part of PC. This paper introduces the hardware part of SCM. Keywords scm, communicate, measuring temperature 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页 目 录 1 引言 1 1.1 设计内容介绍 1 1.2 单片机的发展阶段1 2 芯片及元器件介绍 1 2.1 AT89C51 1 2.2 AT89C2051 3 2.3 LM35 5 2.4 ADC0809 6 2.5 MAX232 8 2.6 485HO9 2.7 其他芯片及元器件 10 3 系统主电路硬件设计 11 3.1 复位电路及时钟电路设计 11 3.2 键盘电路设计 13 3.3 信号产生调理电路设计 13 3.4 红外接收电路设计 14 3.5 串行通信模块设计 14 3.6 LED 显示模块设计 15 3.7 报警电路设计 16 4 遥控器电路设计17 4.1 复位电路及时钟电路设计 17 4.2 红外线发射电路设计 18 4.3 键盘电路设计 18 4.4 指示灯电路设计 19 5 绘图与制板 19 5.1 原理图绘制19 5.2 PCB 板的制作 20 6 调试与运行20 6.1 调试 21 6.2 运行 22 结论 23 致谢 24 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页 参考文献 25 附录 A 主电路原理图26 附录 B 遥控器原理图27 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 27 页 1 引言 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。另外在现代工业生产中温度也是常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此实现对温度的控制是生产自动化,社会工业化程度的提高的重要任务。温度这个和我们每个人生活息息相关的词汇在工业、农业中发挥着越来越大的作用，各种工矿企业，科研机构，都要用到温度控制。例如：烟花爆竹工厂的仓库必须对温度的上限有严格的控制，炼钢厂的锅炉温度,孵化室等等，都需要对温度的变化进行严密的监测和控制，这就需要一些温度监控设备，来对温度进行监控。 1.1 设计内容介绍 本设计是温度测量报警系统的设计，温度测量是当今实现自动化生产的表现，它是通过传感器的采集温度信号，并将信号传输到放大器处理后，送到A/D转换器，转换成数字信号，如果在设定的范围内将显示温度，当数值超过上限或低于下限的话，将实现报警。本系统设计包括三个模块：下位机硬件设计部分、下位机软件设计部分（包括和PC机的通信处理部分）、上位机程序设计。本部分是下位机硬件设计部分（包括遥控器），主要是根据系统要求，使用PROTEL对系统的硬件部分进行设计，并要求对单片机的外围实验环境有所了解，最后结合上下位机进行调试。 1.2 单片机的发展阶段和各个阶段的特点 单片机的发展历史并不长,它的产生和发展大体经历了四个阶段。 第一阶段（1970-1974）：为四位单片机阶段。 第二阶段（1974-1978）：为中低挡8位单片机阶段。 第三阶段（1978-1983）：为高挡8位单片机阶段。 第四阶段（ 1983-现在） ：为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机，32位单片机推出阶段应1。 2 芯片及元器件介绍 2.1 AT89C51 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 27 页 本系统下位机主电路采用的单片微机是AT89C51， AT89C5 1单片机与I ntel80C51单片机在引脚排列、工作特性、硬件组成、指令系统等方面完全兼容。其主要工作特性是： 内含4KB的Flash存储器，擦写次数1000次； 内含128B的RAM； 具有32根可编程的I/O线； 具有2个16位可编程定时/计数器； 具有6个中断源、5个中断矢量、2两级优先权的中断结构； 具有一个全双工的可编程串行通信接口； 具有一个数据指针DPTR； 两种低功耗工作模式，既空闲模式和掉电模式； 具有可编程的3级程序锁定位； AT89C51的工作电源电压为5（10.2）V且典型值为5V； AT89C51最高工作频率为24MHz。 芯片介绍：它有40条引脚，包括32条I/O接口引脚、4条控制引脚、2条电源引脚、2条时钟引脚。 2.1.1 引脚说明： P0.0P0.7：P0口，第一功能作为通用I/O接口，第二功能是作为存储器及I/O扩展时的地址/数据复用口。 P1.0P1.7：P1口，为用户准备的准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P2.0P2.7：P2口，第一功能作为通用I/O接口，第二功能是作为存储器及I/O扩展时传送高8位地址。 P3.0P3.7：P3口，准双向I/O口。第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为为单片机的控制信号。 电平有效。 XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生线路的输入端。 XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端211。 2.1.2 单片机的基本结构如图2.1所示。 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 27 页 图2.1 单片机的基本结构图 2.2 AT89C2051 遥控器电路采用的单片机是AT89C2051,AT89C2051是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大，AT89C2051单片机可用于许多高性价比的应用场合。 AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引 脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。 同时A T89C2051的 时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。 2.2.1 AT89C2051的功能特性: 兼容MCS51指令系统 15个双向I/O口 两个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-24MHz 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 27 页 两个外部中断源 可直接驱动LED 低功耗睡眠功能 可编程UARL通道 2k可反复擦写(1000次）Flash ROM 6个中断源 2.7-6.V的宽工作电压范围 128x8bit内部RAM 两个串行中断 两级加密位 内置一个模拟比较放大器 软件设置睡眠和唤醒功能 2.2.2 引脚说明 AT89C2051的引脚图如图 图2.2 AT89C2051管脚图 AT89C2051共有20条引脚，详见上图2.2从图中可见，2051继承了8031最重要引脚： VCC（20脚）：电源电压。 GND（10脚）：电源地线。 RST(1脚)：复位输入。在引脚RST保持两个机器周期的高电平（振荡器正常工作），单片机便可复位，所有I/O口引脚都输出高电平。 XTAL1(5脚)：片内振荡器反相放大器和片内时钟发生器的输入端。 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 27 页 XTAL2(4脚)：片内振荡器反相放大器的输出端。 P1口: 8位双向I/O口，即P1.0P1.7。P1.2P1.7内含上拉电阻，P1.0和P1.1需要外接上拉电阻。P1.0和P1.1 又是片内模拟比较器的同相输入(AIN0 )和反相输入(AIN1)。P 1口用做输出时，输出缓冲器可驱动 20mA的灌电 流负载，直接驱动LED显示器。P1口用做输入口时，应先对端口写1。外部的输入信号将 P1.2P1.7拉为低电平时，通过片内上拉电阻向外输出电流。 P3口:7位，具有内部上拉电阻的准双向I/O口，即P3.0P3.5和P3.7。P3.6在片内与模拟比较器的输出端相连，不可当作通用I/O那样访问。P3口的输出缓冲器可提供20mA的灌电流负载，其用做输入时，应先对端口写1，当外部输入信号将其拉为低电平时，通过片内上拉电阻向外输出电流。此外P3口还具有第二功能。并且保留了全部的P3的第二功能， P3.0、P3.1的串行通讯功能，P3.2、P3.3的中断输入功能， P3.4、P3.5的定时器输入功能。P3.7的外部RAM读选通功能1,2。 2.3 LM35 在各类民用控制、工业控制以及航空航天技术方面，温度测量和温度控制得到了广泛使用。在很多工作场合，元器件工作温度指标达不到工业级或普军级温度要求，可以通过设计加温电路的办法得以解决。小型、低功耗、可靠性高、低成本的温度传感器已经越来越受到设计者的关注。本设计采用了一种基于LM35温度传感器开发的温控系统硬件电路12。 LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供1/4的常用的室温精度。 2.3.1 LM35特性： 工作电压：直流430V； 工作电流：小于133A 输出电压：+6V-1.0V 输出阻抗：1mA负载时0.1； 精度：0.5精度（在+25时）； 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 27 页 漏泄电流：小于60A； 比例因数：线性+10.0mV/； 非线性值：1/4； 校准方式：直接用摄氏温度校准； 封装：密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装； 使用温度范围：-55+150额定范围。 2.3.2 引脚介绍： 正电源Vcc；输出；输出地/电源地。、 LM35系列传感器的测温范围分档 LM35D,LM35DZ=00.0100.0, LM35C,LM35CA=-40.0110.0,LM35,LM35A=-55.0150.0。 2.3.3 电路特点介绍： 可任意选择的传感器及其测量温度范围： 099.9（LN35DZ） 或 -40.011.0(LM35C) 或 -50.0149.9(LM35A) 。 电路的软件和硬件的工作范围均配置为 50.0150.0，而实际温控工作范围就由所使用传感器的分档来决定，用户可以自行更换任意分档的 LM35 来更改工作范围。本电路配置使用的温度测量范围为：099.9（LN35DZ ） 或 -40.011.0(LM35C) 两种，采用6x30mm 的不锈钢钢管封装，外引线长度1.5米。 基于LM35开发的温控系统经过反复试验、测试