课程设计（论文）-基于51单片机的八路温度检测系统设计.docx

基于at89c51的八路温度采集显示系统设计学 院：电气工程学院姓 名： 学 号： 指导老师： 电气工程学院2016年1月8日一、 设计目的通过本次设计，我们对智能仪表做出一个总结，也是对各门课程均将有更深入的了解，更加熟练的掌握设计方案的提出，设计流程的规划以及各器件的硬件连和软件编程，并且能够更加熟练的操作proteus仿真软件，真正培养出科学的思维方式和灵活解决问题的能力，为以后实际工作奠定良好的基础。在本次设计，我们将得到一款能够同时检测显示八路温度的多点智能测温系统，当某一路或某几路温度值超过设定的上限值或者下限值时，报警电路中的蜂鸣器鸣响且提示闪亮，使操作者能够及时发现问题并控制温度回到额定温度范围内。该系统运行稳定，操作简便，应用灵活，能够在当代农业、工业、医疗以及日常生活中得到良好的应用。二、 设计要求设计一款能够同时检测显示八路温度的多点智能测温系统，选择合适的的温度传感器（测温范围100-300 ，误差1 ）和单片机为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。当lcd液晶显示器接收到来自单片机传送来的温度信息后，分别显示当前八路温度，超过200 则报警，并显示通道号（八路通道号1-8）。且具有通信接口（rs232接口）设计、人机交互界面设计以及可靠性和抗干扰设计。三、 总体设计方案和结构框图（一）、设计流程在熟悉课题，明确任务的基础上，查阅相关资料，理清设计思路，综合考虑总的设计时间和各部分设计所需时间，最终决定将本次设计分五大步进行。（1）熟悉课题，明确任务，查阅相关资料，确定总体设计方案；（2）根据各部分的功能划分功能模块，确定每一模块的硬件组成，合理选取具有相应功能的器件；（3）进行硬件设计，把各器件组成相应功能的模块，并把各功能模块进行电气连接，形成总的功能系统；（4）进行软件设计，编写程序，实现各模块功能，使整个系统能够良好的运行；（5）进行仿真调试，检查各模块功能能否完全实现，综合考虑系统的灵活性、稳定性、误差大小及测温效率调整各器件的各项参数。使系统的处在最佳性能状态。经分析总结，确定总的设计流程如图一所示。图一 设计流程图（二）、总体设计方案通过对设计任务及相关芯片的深入了解，最终决定本设计采用at89c51单片机作为控制器，选用单总线数字温度传感器ds18b20对温度进行采集，采用164字符的lcd显示器一起构成八路温度采集与显示系统，使得系统可以检测100300范围内的温度，选择分辨率为12位，使用液晶显示器对八路温度进行循环显示，考虑到测温精度，设置显示数值精确到0.1，并且设置温度上下限，当某一路或几路温度值超过上下限温度时，报警电路中的蜂鸣器鸣响，提示灯亮。根据各模块要实现的功能及其各模块的结构特点，设计其总体结构如图二所示。at89c51t89c51ds18520 s18520ds18b20lcd显示模块报警模块通信接口 . .图二 八路温度采集与显示系统结构图四、 设计内容（一）、温度采集模块硬件设计由于ds18b20是单总线数字式温度传感器，内置了模数转换模块，所以只需按照前面介绍其三个端口各自的功能将其挂在单总线上即可，即vcc端口接电源，dq端口接单片机的p3.2端口，作为数据传送端口，并接一个5k的上拉电阻，gnd端口则接地，其硬件连接如图三所示。图三 温度采集模块硬件设计当系统正常运行时，对ds18b20进行初始化后开始采集到温度，采集温度后通过内置的模数转换模块对采集到的模拟量进行模数转换，转换成数字量之后通过dq端口将其送到单片机进行处理，处理之后送往显示。(二)、显示模块硬件设计lcd显示器lm041l的db0db7端口用作双向数据线，单片机的p0口也可作为数据输入输出端口，所以将lm041l的db0db7链接到单片机的p1.0p1.7，rs、r/及e端口分别与单片机的p3.5、p3.6及p3.7相连接，用来控制数据的读写及液晶显示器的工作状况。而vcc和vo则接电源，gnd按照要求接地，lm041l与单片机的硬件连接如图四所示。图四 lm041l与单片机的硬件连接图（三）、报警模块硬件设计本系统在报警电路中分别安装了红色发光二极管和蜂鸣器，分别设置温度上限为300，温度下限为100。当系统正常运行时，八路温度都在限定温度范围之内，连接发光二极管和蜂鸣器的两端口同时输出低电平，由于在发光二极管和蜂鸣器的另一端都接地，所以发光二极管处于熄灭状态，蜂鸣器不鸣响；当八路温度有一路或几路超过上限或者下限时，连接发光二极管和蜂鸣器的两个端口同时由低电平向高电平跳变，后又由高电平跳到低电平，并循环此动作，来发出一个高地电平循环跳变的脉冲波，使红色发光二极管闪烁并且蜂鸣器发出声音。当控制八路温度都回到限定范围内时，发光二极管熄灭且蜂鸣器停止响声，其硬件连接如图五所示。图五 报警电路与单片机硬件连接图（四）、串行口上位机通信模块设计电脑的串口是rs232电平的，而单片机的串口是ttl电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片max232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。max232芯片是maxim公司生产的低功耗、单电源、双rs232发送/接收器。适用于各种eia-232e 和v.28/ v.24的通信接口。max232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5v电源变换rs-232c输出电平所需10v电压,所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5v电源就可以了。max232外围需要4个电解电容c1、c2、c3、c4，是内部电源转换所需电容，其取值均为1f/25v，宜选用钽电容并且应尽量靠近芯片，c5为0.1f的电容。t1in、t2in、r1out、r2out接ttl/cmos电平的引脚，引脚t1out、t2out、r1in、r2in为接rs-232c电平的引脚，因此ttl/ cmos电平的t1in、t2in 引脚应接at89c51的串行发送引脚txd；r1out、r2out 应接mcs-51的串行接收引脚rxd；与之对应的rs -232c电平的t1out、t2out应接pc机的接收端rd；r1in、r2in应接pc机的发送端td。为提高本系统的可操作性和控制的灵活性和实时性，需要进行上位机通信，即通过串行口将数据送到pc机进行显示，同时pc也可以将数据和指令等传送到单片机，使单片机对温度进行处理。在单片机与上位机进行通信时，根据上文介绍，决定采用max232对数据进行转换，其硬件连接如图六所示。图六 单片机通过max232与pc机串行口连接图（五）、片外存储器（ram）扩展简述对于单片机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两种。并行扩展法是指利用单片机的三组总线（ab、db、cb）进行的系统扩展；串行扩展法是指利用spi三线总线和i2c双总线的串行系统扩展。一般串行接口器件速度较慢，在需用高速应用的场合，还是并行扩展法占主导地位。本系统在综合考虑两种扩展方法的优点及缺点的同时，分析系统各模块所需的引脚，决定采取并行扩展法。at89c51单片机的扩展片外程序存储器的硬件电路如图七所示。 图七 扩展片外程序存储器的硬件图五、 软件设计流程图本系统在keil中用c语言进行编程，来控制单片机对数据进行处理，控制液晶显用四行来显示八路温度，每一行显示两路，显示温度值精确到小数点后一位，并用程序将数据传送到上位机，当温度值超限时，控制单片机报警端口的高低电平变换，其总的程序流程图如图八所示。图八 总的系统程序流程图（一）、温度采集模块软件设计设计程序对ds18b20进行控制，首先要对ds18b20进行初始化，其程序流程图如图九所示。图九 ds18b20初始化程序流程图对ds18b20进行初始化之后要进行数据的写入和读出，写入的流程图如图十所示，读出的流程图如图十一所示图十 ds18b20写入的流程图 图十一 ds18b20读出的流程图（二）、显示模块软件设计液晶显示器在本系统担任显示的任务，本系统采用的lm041l液晶显示器可同时显示八路温度，可直观的看到八路温度实时的温度情况，便于及时控制处理。lm041l为四行显示，可分别定义每路温度的显示地址，每行显示两路。其程序流程图如图十二所示。图十二 显示模块程序流程图（三）、报警模块软件设计虽然不同系统的报警电路有所差异，考虑核心是一样的，本系统的报警模块设计大致可分为三步进行。（1）分别采样被测八路温度值；（2）与设定的温度上下限值进行比较；（3）当有一路或几路温度超限时声光报警。本系统分别用p3.3和p3.4端口作为报警端口，当温度超限时，两端口便发出高低电平连续变换的脉冲，当发光二极管和蜂鸣器接收到此脉冲时，发光二极管闪烁，蜂鸣器也发出声音。用程序控制比较简单，报警电路程序流程图如图十三所示。图十三 报警电路程序流程图（四）、串行口上位机通信模块软件设计本次通讯中，测控系统分为上位机和下位机之间的通信，系统中单片机负责数据采集、处理和控制，上位机进行现场可视化检测，通信协议采用全双工异步串行通信方式，通过rs232的rts信号进行收发转换，将八路温度值经过转换后送到上位机进行通信，程序流程图如图十四所示。 图十四 串行口程序流程图六、 总结本文设计的温度测控系统, 采用ds18b20 数字温度传感器实时采集环境温度,采用a t89c51 单片机处理采集的温度数据和发送控制温度信号, 将环境温度和设定温度通过数lcd液晶显示屏实时显示。用数字式温度传感器ds18b20对温度进行采集，输出数字量与单片机直接通讯，无需外加a/d转换器，在降低了成本的同时简化了系统的电路，提高了系统的集成度，使用更加方便。采用lm041l液晶显示器对八路温度进行显示，显示效果好且连接方便，通过程序定义显示地址，16字4行的屏幕显示可以将八路温度同时显示在屏幕上，当有某一路或谋几路温度超限时，可立即观察到是哪一路或哪几路温度超限，从而可以及时准确的控制该路温度回到限定范围内。报警电路采用红色发光二极管闪烁报警和蜂鸣器声响报警，由于红色能更加引起人们的警觉，所以报警电路的应用能更好