智能数字温度计设计-自动化毕业论文

成都理工大学工程技术学院毕业论文智能数字温度计设计作者姓名：毛 浩专业名称：自动化指导教师：高炳义 副教授智能数字温度计设计成都理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明：1.本人已认真学习学位论文作假行为处理办法（中华人民共和国教育部第34号令）、成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）（成理工教发201330号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。2.本人已认真学习成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。3.本人所提交的学位论文（题目： ），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。承诺人（学生签名）： 20 年 月 日 注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。摘要温度是在我们生活是一个十分得到广泛应用的一个物理量，不管是在平常百姓家里，还是在工业科技方面等等的各个领域都需要应用到温度这个物理量，在计量温度方面的产品也与时俱进，高要求的条件也越来越高，如精度要求越来越高，量程要求越来越广等等，人性化越来越突出等等的优势尽显，总体来说走向智能化的方向。本次的毕业论文实物设计选用的是现在广泛应用的STC89C52单片机，在测量温度方面选用的零件是选用DS18B20，它可以直接将外界温度转换成电信号。在系统的运行过程当中，DS18B20会自动的检测工作环境中的温度，通过信号的传输，与自己在程序中设定的最高温度值和最低温度值做一个比较，从而分析外界环境的温度是否在自己设置的温度范围之内，如若不在自己设置的温度范围之内，就会发出报警信号，提醒工作人员进行对应的工作操作流程和安排。本毕业设计用的单片机在市场上应用广泛，并且在价格方面十分的便宜，而且在精度，量程方面等等，都能满足于用户的要求，具有良好的发展前景。关键词：单片机 传感器 温度AbstractTemperature is in our lives is obtained widely application of a physical quantity, whether it is in the home of common common people or in industrial technology and so on all areas of need use to the temperature of this physical quantity, and it is closely related to our life, along with the rapid development of science and technology, forward the continuous development of society, temperature measurement products and style is changeable, keeping pace with the times, the accuracy requirements are increasingly high, range and more widely and so on, humanity more and more prominent, the advantage of filling, the overall to the intelligent direction.Selection of the graduation thesis design is now widely used STC89C52 MCU and DS18B20 sensor to convert the outside temperature.DS18B20 will automatically detects the working environment temperature, through the signal transmission, and their own set in the program by the maximum temperature value and the lowest temperature value a, so as to analyze the external environment temperature whether in their set temperature range, if not within the set temperature range, it will send a alarm signal, remind staff to carry out corresponding operation process and arrangement.The graduation design of MCU in the market a wide range of applications, and the price is very cheap, and in accuracy, range, and so on, can meet the requirements of the user, with good prospects for development.Keywords：SCM, Sensor, Temperature - -IV目录摘要IAbstractII目录III前言11 绪论21.1 智能数字温度设计发展背景21.2 智能数字温度计设计的目的21.3 智能数字温度设计完成的功能31.4 本章小结32 系统的总体设计方案42.1 方案一42.2 方案二42.3 方案的选择和总体设计思路42.4 本章小结53 系统硬件设计63.1 单片机电路设计63.1.1 STC89C52单片机介绍63.1.2 单片机引脚介绍73.1.3 单片机内部结构103.2 测温电路设计133.2.1 DS18B20概述133.2.2 DS18B20工作原理143.2.3 DS18B20引脚介绍及测温电路173.3 显示电路设计183.3.1 显示电路设计183.4 报警电路设计193.5 按键电路设计203.6 本章小结214 系统软件设计224.1 系统软件设计224.1.1 系统软件设计整体思路224.1.2 系统程序流图224.2 本章小结265 仿真与实物制作275.1 仿真软件介绍275.2 实物制作过程285.2.1 实物制作元器件清单285.2.2 焊接完成后实物图295.2.3 系统调试295.3 本章小结29总结30参考文献31致谢32附件 程序33前言温度计是工业生产和日常生活过程中常用到的东西。随着科学技术的迅猛发展，电子控制电路的温度计设计在我们的生活中使用相当广泛，因为它实现容易，而且控制精度非常高。但是在很多地方，需要加上其他的的功能，以用来辅助环境中的使用，如在某些地方需要设置温度区间值，如在大棚蔬菜中的应用等等 ，所以研究出精度高的温度计加上报警功能意义重大。依据其特点而使用的数字温度传感器DS18B20，因为它本身就内置了模数转换器（A/D转换器），从而将电路结构大大的简化，而且在很大程度上降低了在测量温度后数据处理时的造成的精度误差，提高了温度测量的准确度。因为DS18B20独特的优势，在于单片机连接与通信是只需要用到一个引脚就可完成全过程，很大程度上简化了硬件连线的工作量，一定程度上扩展了单片机的应用的范围。因为它与其他温度传感器比较来说形状很微小，可以使它通过简单的一根连线就可以和单片机相连，所以我们一般将DS18B20改装后以温度探针的形式，进入到很小很窄的区域，大大的扩大了它的适用范围。并且可以通过串联接入多个DS18B20对若干个区域的的温度进行同时测量。将功能强大的单片机与使用广泛的DS18B20配合使用，可很大程度上简化了我们在系统调试的工作量，利用其在控制中具有的编程简单，搭建灵活的优势，所以本次设计的处理器采用STC89C52单片机实现温度控制。1 绪论1.1 智能数字温度设计发展背景随着科技日新月异的发展，在温度方面的发展也越来越深入人们的日常生活中，在新出现的各种各样的测温仪器当中，智能化温度设计技术空前发展，技术越来越来高科技，可以预测的是，不管是在现在和不可预测的未来，智能温度发展方面将是现代温度控制系统发展的必然之路，因为智能这个概念将是以后人类科技进步的动力，现在的智能机器人，智能机床控制等等，不管是在工业方面还是在人们日常的生活方面都开始融入大众和社会各个方面，影响越来越大。温度这个物理量，是表征物体的冷热状态的物理量，与我们的生活息息相关，深入人们的日常生活当中，温度物理量更是在科学技术生产应用当中举足轻重，是在应用中最基本的物理量之一，无论在什么学科和发展方向，温度的计量都是十分的广泛重要的，都离不开温度这个概念，特别是在工业、生物化学、航天等学科方面的应用。在农业的生产方面，我们更加能知道温度计量的重要性，在传统的温度的监测的过程当中，需要农户实时的监控温度的变化，这样才能保证农作物在正常的温度下进行生长，十分的过度的耗费人力和物力，还有在一些高危设备的运行生产的过程当中，温度对于其生产的控制至关重要，所以容不得半点的失误，危险性十分大，所以对于温度的实时的监控就变得十分的重要。1.2 智能数字温度计设计的目的本篇的设计思路和内容是关于智能数字温度计控制系统的报警设计，当外界温度在用户设置的温度值范围内将正常工作，如果外界的温度不在用户设置的范围内将会报警。本设计应用的范围十分的广，在许多的地方都可以得到使用，像蓄水池，恒温室，菜农的果园菜园等等，本设计在许多的方面的功能都比较的强大，例如能够按照用户的要求就行改装和设置温度范围，并且该智能数字温度计系统体积小，易于方便携带，其成本也比较实惠和便宜，性价比十分的不错。1.3 智能数字温度设计完成的功能本温度控制系统的设计可以对环境中的温度进行一个全天的监控，采用的DS18B20数字式温度计测温的范围在-55摄氏度到125摄氏度，误差的范围在正负0.5度左右，采用LED数码管直接显示。本毕业实物设计的是该智能温度计系统可以实现一个自动报警的基本的温度控制功能。范围内温度的最高温度以及最低温度的值，是由用户自己来设置大小的，当智能温度计系统测出的温度不在用户设置的范围之内的话，高于设置的温度值，蜂鸣器和指示灯会做相应的操作，自动的报警，提醒用户，在用户相应的操作之后，温度下降到用户设置的温度范围当中，警报和红警报灯就同时停止工作，正常工作的指示灯绿灯就会从新的亮起来，当所测的环境温度低于用户设定下限温度时，警报和黄警报灯就会工作，来提醒用户。1.4 本章小结本章主要是讲了智能化温度控制发展产生的背景和历史的意义，对智能化数字计设计目的一个概述，然后自己讲解了总体的设计思路和目的，就本系统的完成的功能和研究的内容进行了阐述，初步的确定智能数字温度系统的思路结构，设计的方向，控制原理。为后面的设计提供参考和思路。2 系统的总体设计方案2.1 方案一考虑使用诸如热敏电阻之类的模拟温度传感器，当外界环境温度发生变化时，热敏电阻两端的电阻值也会发生变化，这样就造成了实时所测的电压值的不同，然后利用A/D转换芯片采集热敏电阻两端的电压，再根据某个计算公式把采集到的电压值换算成此时的环境温度。该方式使用芯片多，设计较为复杂，同时采集的精度受模拟温度传感器和A/D转换芯片精度的影响。但是该种方式采集温度范围宽，尤其是使用热电偶、红外温度传感器时，能测量儿百度甚至更高的温度。2.2 方案二考虑使用DS18B20数字温度传感器，DS18B20数字温度传感器可以直接根据外界的环境温度进行一个数字转换操作，将外界的信号转变成电信号，直接被读取环境中被测的温度值，这是一个十分优势的功能，然后再结合单片机的电路的硬件设计和软件设计，完成智能温度计系统设计的方案。整个的设计方案的设计比方案一都要简洁方便，而且DS18B20数字温度传感器和单片机的I/O接口简单，依次完成设计要求。2.3 方案的选择和总体设计思路通过比较上面方案一和方案二的总体设计方案，方案一总体设计方案中使用的芯片可能比较的多，其过程也可能比较的复杂，难度比较的大，同时采集的精度受模拟温度传感器和A/D转换芯片的精度的影响，所以本毕业实物设计采用的是方案二的总体设计方案思路，相比于方案一更具有优势简便。在本毕业设计的组成模块当中，主要是由5个部分的组成，分别是主控制器STC89C52，DS180B20温度传感器，4位共阳极LED数码管显示，蜂鸣器和指示灯两部分的报警器，按键部分。图2.1 智能数字温度计设计方案 1. 控制部分采用STC89C52单片机和DS18B202. 显示部分显示部分显示电路采用4位共阳极LED数码管3. 按键设置部分此部分有增加和减少，设置按键。4. 报警部分该部分用到蜂鸣器和指示灯2.4 本章小结本章主要讲的是关于本毕业设计当中温度采集的2种方案的介绍，简单的分析一下采集温度不同的选择之间的差异，对构建本设计对温度采集的一个核心的部分的了解与选择，通过确定测温方案的选择，然后对整体的硬件结构的构造进行一个全方位的设计，构建设计思路。3 系统硬件设计3.1 单片机电路设计3.1.1 STC89C52单片机介绍在52系列单片机这个大家庭当中，STCC52这款单片机性价比十分的不错的，是STC公司生产的其中一款。其内存存储的工艺是采用的FLASH工艺的，在写完程序在里面之后，如果用户想换其他的程序，亦或者是改写程序的话，都可以擦除的，在从新的写入新的程序，非常的方便和适用于用户，比较的人性化。STCC52单片机的功能有下面这些，首先它是一款耗能比较低，使用经典的MCS-51内核，性能也非常的稳定，CMOS八位的微处理器，并且具有8K存储字节，可以用电擦除而不是用紫外线来进行擦除，不需要用其他的辅助设备来支持，重复擦除的次数可以达到1000多次，在数据的保存时间上也是十分的长，具有512字节RAM，STCC52这款单片机的数据保存的时间可以达到的时限有10多年，STC89C52单片机虽然是一个很小的系统，但是在其功能上可是十分强大的，还有就是系统的稳定性也十分的良好，STCC52单片机的四个I/O口都是可以全部分配给用户用的，在上电编写程序时的编程电压可用正5伏和正3V的电压编程，在写入程序的时间上也是很短的，仅仅是10多毫秒，在改写程序的时候，是不用把芯片给拔下来的，所以在嵌入式控制领域是十分的适用和合适的，是根据单片机CPU上工作的情况还设置的，间接工作模式的状态可以通过硬件的复位或者是被中断来终止。PDIP封装的52单片机图如下图3.1所示，该单片机有40个引脚，这40个引脚大致可以分为3个部分：单片机最小系统所需要引脚，I/O引脚，编程引脚。图3.1 单片机封装图3.1.2 单片机引脚介绍单片机最小系统所需要的引脚有：VCC，GND，XTAL1，XTAL2，RST，EA/VPP。什么是单片机的最小系统，它所指示的是在单片机的外接的器件最少的时候，单片机可以正常工作时候的系统。我们打个形象的比喻，我们也可以给手机定义一个最小系统，能让手机正常工作必须包括电源，无线通信收发器，话筒，键盘，有了这四个部分，电话就能打电话了。下面来讲解最小系统所需的的引脚。各引脚功能叙述如下：1. VCC运行和程序校验时加正5V电压。2. GND接地。3. XTAL1，XTAL2外部时钟引脚。52单片机的时钟有2种方式的选择，一种是片内的时钟振荡方式，另外一种是外部的时钟方式，当你选择的是第一种方式的时候，这2个引脚要接上石英晶体和电容，选择的是第二种的话，这2个引脚接的方式就是，XTAL1 接地，XTAL2作为外部时钟的信号输入。4. RST单片机复位引脚。在连续的输入2个周期的高电平才是有效的是，RST引脚还有另一个功能，用电源的输入端。图3.2 单片机最小系统图5. EA/VPP访问程序存储器控制引脚。它有接高电平和接低电平时候2种选择，当接的是高电平的时候，CPU访问的是内部存储器的单元，当接的是低电平的时候，访问的是外部的存储器的单元，需要用户自己来选择。I/O引脚P0口（P0.0P0.7，3932脚）：P0是为一个双向的8位的三态的I/O端口，每一个端口都可以独立的控制，数据可以双向的传输，52单片机当中P0是没有上拉电阻的，在使用的时候一定要外接10千兆的上拉电阻，是因为没有上拉电阻，所以呈现的是高阻态，还能用来输出外部的存储器的第八位的地址。由于是分时的输出，应该在外部将地址锁存，用ALE信号。P1口（P1.0P1.7，18脚）：P1口是一个8位的双向I/O口。内部带上拉电阻，输出接口没有高阻态，输入不能锁存，不是真正的双向口，称为准双向口。当作为输入时，要先向该口进行写1的操作。对于52单片机，P1.0的第二功能是T2的外部输入端。P2口（P2.0P2.7，2128脚）：P2口的功能和P1口的十分类似，准双向的8位的双向I/O口，每一个口都独立控制，内部带有上拉电阻，但是P1口还经常的用于构建系统总线地址，并且作为总线的高位地址。P3口（P3.0P3.7，1017脚）：P3口的功能和P1类似，只是P3口有第二功能。第二功能如下表3.1所示。表3.1 P3口第二功能引脚引脚编号引脚符号第二功能说明10P3.0RXD串行口输入11P3.1TXD串行口输出12P3.2INT0外部中断013P3.3INT1外部中断114P3.4T0定时计数器0外部输入端15P3.5T1定时计数器1外部输入端16P3.6WR外部数据存储器写脉冲17P3.7RD外部数据存储器读脉冲编程引脚1. PSEN(程序存储器允许输出控制端) 在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。由于现在的单片机的ROM都比较的大，几乎不要我们去扩展了，所以这引脚用的很少。PSEN可以驱动8个LSTTL负载。2. ALE(地址锁存控制引脚)在系统扩展的时候，ALE用于把P0口的输出8位地址送到锁存器中锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。ALE有可能是高电平或者是低电平，当ALE时高电平的时候，允许地址锁存信号，当访问的是外部存储器的时候，ALE的电平信号会发生跳变，由正变成负的，会将P0口的低8位的地址信号送到锁存器当中，如果是ALE是低电平的话，P0口的内容和锁存器的输出是一样的。3.1.3 单片机内部结构单片机的内部结构是由以下几个部件组成的，如图3.3所示，中央处理器，数据存储器，程序存储器，定时计数器，并行输入输口，全双工串行口，中断系统，时钟电路。图3.3 单片机内部结构结构图1. 中央处理器CPU 中央处理器是整个单片机的核心部分，包括了运算器和控制器两个部分，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制的数据或者代码，单片机的CPU还特别的增加了面向控制的处理功能。2. 数据存储器 数据存储器主要用于存放程序执行过程当中的各种数据，内部有256B的字节存储，它们都是统一的编址的，划分为3个不同区域，专用存储器有专门用途，不用被用户自己使用。00H7FH为通用的数据存储区域，80HFFH为专用的特殊功能寄存器区域。 3. 程序存储器 程序存储器是用来存放程序和表格常数的，用户可以根据自己所用额定存储大小，进行扩展。4. 定时器/计数器 51单片机内部一共有2个16位可编程的定时计数器，有定时计数器0和定时计数器1，对于52内部还有定时计数器2。工作方式灵活多变，它们既有定时的功能，也有计数的功能，编程又简单。还包含有看门狗定时器，对于定时器/计数器来说，其过程就是做一个加一的功能过程，通过设置与他们相关的特殊功能寄存器，可以选择启用定时功能或者是计数的功能，定时计数器的的结构框图如下图3.4所示，定时计数器的在机器周期内脉冲的作用下，自动会进行加1的操作，操作不需要人为的操作，也不需要程序的参与，单片机内部会自己完成操作，明白这一点十分的重要，也就说定时计数器一旦设置好，启动了，就会进行自动加1的操作，其实就是检查电平0和1的变化，来下一个周期的检测是在电平0变成1 之后的变化，在来计数。图3.4 定时器/计数器结构图5. 并行I/O接口52单片机有4组I/O口（P0，P1，P2，P3）用于外部的数据传输。6. 中断系统在讲解52单片机中断系之前，先简单的介绍一下中断的概念，顾名思义，中断，就是在程序运行的过程当中停下来，去执行其他比现在重要的程序指令，执行完成之后在回到原来的执行点继续执行，单片机执行一次中断分为五个步骤，分别是中断寄存器的初始化，中断源请求中断，CPU中断响应，执行中断服务，中断的返回。下面分别讲解五个步骤：中断寄存器的初始化：如果单片机在程序的运行过程当中用了中断的话，就必须先对其初始化，比如是哪一种的中断，触发中断的要求是什么。中断源请求中断：当有中断的操作的时候，会发出中断的信号，然后中断的标志位就会变成1，这个操作是单片机自动的装入的，是自动完成的。CPU中断响应：CPU会检测中断的信号，当查询到中断的标志位是1的时候，同时符合中断的条件就会响应，如果不符合中断条件，否则就必须执行完指令才会相应中断，CPU响应中断之后，会进行保护断电地址，撤销中断请求的标志位。执行中断服务：中断的服务程序应包含以下几部分：保护现场；执行中断服务程序，完成相应的操作；恢复现场。中断的返回：在中断服务程序最后，必须安排一条中断指令返回指令RETI，当CPU执行RETI指令之后，自动会完成以下的操作：恢复断点地址，开放同级的中断，以便同级的中断响应。 7. 单片机中断源52单片机一共有五大中断源，分别是外部中断0，定时器0，外部中断1，定时器1，串行口中断。中断的各个输入口如上表3.1所示。关于外部中断源的选择有2个，分别是外部中断1和外部中断2,用户可以根据下表3.2的TCON中的IT1和IT2进行设置，当IT0(TCON.0=0)时，低电平有效；IT0(TCON.0=1)时，下降沿有效；INT1为外部中断1,当IT1(TCON.2=0)时，低电平有效；IT0(TCON.2=1)时，下降沿有效。定时计数器0和定时计数器1中断源是内部中断，2个都是16位的，T0和T1是在脉冲的作用下开始计数，假如有脉冲的输入，就会在0和1之间跳变操作，自动提出中断溢出的请求，表示定时的时间到了。表3.2 TCON寄存器位序号D7D6D5D4D3D2D1D0位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H3.2 测温电路设计3.2.1 DS18B20概述对于一切的物质来说，都会有温度，也都会存在有温度的变化，其体现的方面就是热胀冷缩的外在的变化，其最根本内质其实就是温度的变化，而用来度量物体的温度数值的标志叫做温标，它规定了温度的测量起点和测量基本单位，目前国际上使用的较多的温标有华氏温标，摄氏温标，热力学温标。DS18B20是位于美国的达拉斯一家企业生产的产品，它是一款单总线接口的数字温度传感器，并且它的硬件结构十分的简单，体积小，功耗低，可直接的将温度信号转化为数字信号给主机来控制等等的优点，在如今已应用的十分的广泛，DS18B20主要是由3个部分组成的，下面会有所介绍，64位的ROM，温度传感器，温度报警器，DS18B20中还包括了5条ROM命令指令和6条随机的存储命令指令，对于温度的转换的过程是在主机的控制作用下而完成的，通过采集外界环境的温度，然后进行转换，图中的3.1就是一个三角的封装图，有三个引脚，其中GND是接地端，DQ端是数据输入输出端，与TTL电平兼容，VDD端是接地端，但是在运用不同的方式下也是可以接电源端。图3.1 DS18B20封装图3.2 DS18B20内部结构DS18B20的基本特性：1. 零待机功耗；2. 无须外部器件；3. 用户可定义报警设置；4. 当系统的空间要求比较高的时候，是可以选择使用数据线供电的，供电的电压范围在3伏到5.5伏之间；5. 单总线接口；6. 可以同时的进行多个不同的地方的测量功能，这些多个传感器可以由同一根数据线组成分布式测量网；7. 可以编程9到12位数据分辨率；8. 当外界的电源正负极性接反了的时候，DS18B20不会在短时间的范围内被马上的烧掉；9. 全数字温度转换及输出；10. 它是一种多样封装形式的结构，可以适合于不同的硬件系统的构造；3.2.2 DS18B20工作原理DS18B20的基本操作有下面三个时序的步骤，由于采用的是单总线，单片机和DS18B20的数据的发送和时钟脉冲的产生都是在一根数据线上产生和完成的，所以，DS18B20的3种基本的操作时序图不像其他的时序图是分开来分析变化情况的，所以它的各种脉冲的产生和变化都是在一根线上变化的，数据的变化也都是画在同一根数据线上的。它的工作时序包括以下的步骤：1.初始化时序 2.写时序 3.读时序，具体工作原理可以看如图3.3，3.4，3.5。 初始化时序；可以看到该时序图分为二部分，分别是主控制器发送和主控制器接受状态。同时时序图中有三种电平的变化，分别为总控制器低电平，DS18B20传感器输出低电平，上拉电阻产生的高电平，由于是单总线，这三个器件产生的电平变化都在一根线上实现，只是时间的先后顺序而已。1. 将数据线置高电平1。2. 将数据线置低电平0。至此总线控制器所产生的电平变化已经完成。图3.3 初始化时序3. 将数据线拉高到电平1。4. 如果DS18B20初始化成功，DS18B20将会将数据线拉到低电平。5. 将数据线置高电平。写时序； 图3.4 写时序DS18B20写时序图是由主控制器写1和主控制器写0的操作，其流程如下。1. 将数据线拉低到低电平0。2. 延时15us。3. 发送一位数据，注意先读的是数据的低位。4. 延时45us。5. 将数据线置高电平1。6. 延时l1us，两位数据发送之间要有短暂的延时。7. 重复步骤们（1）到（6）直到一字节的数据发送完毕。读时序；图3.5 读时序DS18B20传感器读数据时序图也是由主控制器读0部分和主控制器读1两部分组成，DS18B20读数据基本操作步骤如下:1. 将数据线拉低到低电平0。2. 延时1us。3. 控制器读一位数据，注意先读的是数据的低位。4. 延时45us。5. 将数据线置高电平1。6. 延时l1us。7. 重复（1）到（6）的路程，到最后一个字节数据为止。3.2.3 DS18B20引脚介绍及测温电路关于DS18B20的供电方式的选择，是用户自己根据设计要求来选择的，DS18B20传感器可以采用的供电方式有2种选择，第一种是如图中3.6所示，DS18B20的DQ脚和单片机的I/O口相连接，要接4.7千兆的电阻，此时的DS18B20传感器引脚1接地，引脚2作为信号线，引脚3接电源，这是正常电源供电。第二种就是采用寄生电源的供电方式，如图3.7所示，采用寄生电源工作方式时，需要在单总线上加强上拉，即让DS18B20开始转换温度的命令，导通MOS管，让单总线变成强上拉，并且维持2秒以上的时间，在关闭，就可以维持正常的情况。本毕业设计采用的是正常电源的供电方式。图3.6 DS18B20和单片机连接图图3.7 采用寄生电源工作方式的连接图3.3 显示电路设计本次设计中数码管使的是Common anode LED，用来表明温度值的大小。其中有电路简单，使用方便，耗能小、成本低、配置简单、焊接方便、使用寿命长等优点。3.3.1 显示电路设计在本次设计中，由于单片机本身提供的I/O口有限，温度显示值在四位，采用静态显示的话存在I/O口不够的情况，因此本次设计采用动态显示，数码管采用的是共阳极接法。段选I/O口为0则对应二极管发光，位选为0，则对应数码光发光。用STC89C52的P0口作段码输出时, 驱动能力相当大，但由于输出极为漏极开路电路，引脚上应外接上拉电阻。本设计中在P0口接有10k的排阻。P2口作为数码管位选端的输出信号口，由于硬件采用的是四位共阳数码管，我们把单片机引脚24即P2.4与4位数码管的第1位相连，单片机的引脚25即是P2.5与4位数码管的第2位相连，单片机的引脚26即是P2.6与4位数码管的第3位相连，单片机引脚27是P2.7与4位数码管第4位相连。当引脚P2.4，P2.5，P2.6，P2.7为低电平时，则选通该位数码管。P0.0到P0.7分别对应段选的abcdefgh，其与单片机的连接图如图3.8所示。图3.8 显示电路3.4 报警电路设计本设计所使用的报警电路蜂鸣器用三极管驱动，蜂鸣器用5V的无源蜂鸣器，同时在三极管基极串接个限流电阻，数据端口接P1.3。报警电路图如图3.9所示,当温度低于或高于设定正常温度值范围时，蜂鸣器就会报警并使单片机根据温度值的对比做出相应的反应。此外当检测到DS18B20因接触不好或断线而不存在时，蜂鸣器也会报警。图3.9 报警电路3.5 按键电路设计1. 按键设计按键设计时有“设置”，“加”，“减”三个按键，将三个按键的公共端接地，当任意键按下时均可组成回路，按键仿真设计如图3.10所示图3.10 按键电路2. 按键开关按键开关的特点是当按下键时，由于物理连接点有弹簧弹力的作用，按键不会在按下的时刻通电，一个按键从开始按下至接触稳定要经过510ms的抖动时间，此时会存在一个按键抖动误差。抖动波形如图3.11所示。图3.11 按键抖动电压波形要使一个按键被按下并达到真实的按键效果需要确定两个因素，一个是是否真实有按键被按下，另一个则是按键按下时是否在抖动区域内。可以通过测量按键两端的电压值判断是否按键被真实按下。一般常用的按键消抖方法有两种，一种是物理消抖，一种是程序消抖。针对按键按压较为频繁的使用情况，采用软件的方法消除抖动效果会更好，就是在软件编程的时候采集按键是否被按下之后做一个812ms的延时，这样就避开了按键抖动的时间，但是这也不能完全确定按键是否接触良好，应在最后对按键两端的电压值进行检测，以确保按键的接触情况。3.6 本章小结本章主要讲的是关于本毕业设计实物硬件的设计，分别介绍了实物制作中用到的重要硬件和各部分硬件电路的设计，可以对本系统的设计模块有一个清晰的模块化。4 系统软件设计4.1 系统软件设计4.1.1 系统软件设计整体思路52单片机的编程语言有2种，一种是汇编语言，另外一种是C语言，也即是本文中所用到的语言，要操作计算机不可能用我们平常与人交流的语言，因为机器和人之间必须在语言通讯方面有一个转换的过程，计算机的语言分为高级语言和低级语言，C语言是一种高级语言，对于高级语言来说，它的效率很高，计算的过程应用更为的简洁和方便，各种各样不同的计算机语言是相通的，对于我们编程的用户来说是不需要死记硬背指令的，因为计算机的语言构造十分的灵活，编程的构思和思路都是不同的，因人而异，语句的功能已经够强大和灵活了，一条指令的完成，可能这样也行，那样也行，所以往往一条相同的指令有很多的不同的计算机语言相对应，前面已经说了高级高级语言比较的灵活，C语言能对计算机的硬件进行操作，与汇编语言相比的话，有以下的优点，C语言的描述语言比汇编语言更贴近人的思维过程方式，程序的可读性也更强一点，在程序的移植方面也更具有普遍性，C语言的程序有规范的结构，可分为不同的函数，结构化优势明显，在编程时间和调试程序时间上很快，比汇编语言快多了，大大的提高了C语言的执行效率，对单片机的指令系统不需要太多的了解，仅仅只是要求用户对存储结构的初步了解，提供的函数当中，有许多的标准的库函数，它的处理数据的能力大大的增强，对于一个应用系统来说，如果要完成各项的功能，应用系统都必须得到合理的设计，在硬件和软件方面都是如此。4.1.2 系统程序流图1. 温度采集显示对于该程序的最重要的目的和功能是将所测的环境中的温度进行一个转换的操作，将DS18020传感器所测量的环境的温度值进行一个读出的操作，并且把它的温度值进行显现出来，进行温度检测，DS18B20传感器每一秒会测量一次外界温度值，按照流程来工作，分别调用各个模块的程序，将它显示出来，其程序流程见图4.1。 图4.1 程序流程图读出温度子程序是在读出温度值流程当中的中间环节，也是十分重要的一个过程，它的最主要的操作就是将数据存储器RAM当中的第9个字节当中的数据读出来，在读出数据存储中的数据之后，需要多CRC进行一个校验，并且这个过程是同时进行的，也就是说在读出温度子程序时需要进行CRC的校验，在对结果进行判断的过程当中，如果是错的话，就不需要改写数据了，是正确的话就需要改写数据了，在读出温度主程序的过程当中，时序很重要，必须按照时序的先后顺序来运行，是高位在后低位在前，在12位数当中，整数站7位，剩下来的是4位是小数位，另外一位就是符号位了，这是排序的过程。 图4.2 读出温度流程2. 温度比较报警处理图4.3 温度比较报警处理流程温度比较模块比较流程图说明：通过传感器采集实时温度数据传送到单片机中单片机读取温度值后将它与设定温度区间值进行比较若在区间内则返回到程序初始位置继续读取温度数据。若不在温度区间内则进行相应的操作。3. 按键处理图4.4 按键处理流程按键处理流程首先会扫描单片机I/O口，然后检测是否有按键的按下，因为有按键存在抖动的问题，所以在程序的编写过程当中要去抖，最后就是判断按键是否被释放，符合条件就会做相应的增减操作。4. 系统总的流程图主程序流程图功能说明：单片机在上电初始化后通过硬件上人为的设定温度区间，然后将DS18B20中采集的数据采集到单片机中，把采集回来的数据进行处理也就是把数据转换形成摄氏温度数据，将预设的温度数据与检测的温度数据比较，做相应的操作，设置键随时可以更改温度区间范围，改变工作的状态，然后将实时温度数据以数码管显示出来。 图4.5系统总的流程图4.2 本章小结本章主要讲的是对本设计的软件部分概述，介绍软件部分的设计方案的流程，对设计的实物一些重要的思路进行以流程图的形式进行展示，在编写每一个程序时，最好画出其程序流程图，这要对程序的编写和理解都有很大的帮助。5 仿真与实物制作5.1 仿真软件介绍Proteus是由LabcenterElectronics开发的功能强大的单片机仿真软件Proteus能仿真模拟电路、数字电路、数模混合电路、能绘制原理图和PCB图，几乎包括实际中所有使用的仪器。Proteus软件最大的亮点在于能够对单片机进行实物级的仿真。支持汇编语言和C语言的编程。还可以与Keil C进行程序联合调试，并且可以将绘制在Proteus中的仿真图作为实际中的目标板，并用KeilC实现对目标板的控制，与实际过程中通过硬件仿真器对目标板的调试几乎相同，此外将Proteus运行在一台计算机上，将KeilC运行在另一台计算机上，通过网络连接可实现远程的多显示调试。图5.1 系统仿真图如图5.1所示，本设计仿真分为5个模块，分别为：时钟振荡电路模块、复位电路模块、显示电路模块、按键电路模块、报警电路模块。显示模块可以显示当前温度，以及设定上下限温度，按键模块可利用设置键和加减键设置上下限温度，温度处理模块可实现根据单片机对当前温度和设定温度的对比，来控制点亮上限或下限LED灯以及启动报警电路，使蜂鸣器工作。5.2 实物制作过程5.2.1 实物制作元器件清单根据仿真实际达到的效果，下一步开始实物的制作，由仿真确定了实物制作的元器件，元器件清单见表5.1。表5.1 元器件清单规格参数器件名称数量10uF电容120pf电容27SEG-MPX4-CA数码管19012三极管51K电阻1510K电阻2SW-PB按键3SW电源开关1STC89C52单片机1DS18B20温度传感器112M晶振1以上表中罗列的为实物制作中的主要元器件，还有一些小的器件，例如40p锁紧座等都没有详细罗列出来，利用以上器件便可以焊接实物电路板，在焊接电路板时应当注意要将元器件插入电路板位置孔中。5.2.2 焊接完成后实物图图5.2 实物正面图完成焊接后的实物如图5.2所示，在焊接元器件时有可能会发生焊错元器件的位子或引脚等问题，所以在焊完一个器件之后一定要认真检查是否焊对，不要急于剪去元件的引脚，若焊接不对还可以拔下重新使用，在检查焊接无误后再剪去元器件多出来的引脚。在焊接时，若需要交叉的地方应用电线连接，不能直接用焊锡连接。5.2.3 系统调试将系统启动之后，DS18B20传感器会将外界环境温度直接转换成数字信号传递给单片机系统，然后将外界温度与用户自己所设置的温度区间做一个对比，如果在温度区间范围之内，数码管显示温度值，单片机正常运行，当温度不在这个范围区间时，蜂鸣器和相应的指示灯会工作，在报警状态，提醒工作人员下一步的操作。5.3 本章小结本章主要讲的是关于本毕业设计实物制作和仿真软件的一些重要内容的介绍，是实物设计最后的关键。总结 时间总是过的很快，三个月的毕业设计和论文设计时间到此就将结束了，同时也意味着自己的大学生涯四年也将画上一个圆满的感叹号，按照平常的说法都应该是圆满的句号，但是感觉不是太适合，感叹号比较好一点，因为在做毕业论文的过程当中，自己遇到了很多的困难，有的是自己解决的，有些是在同学和老师的帮助下完成的，有过开心高兴，有过沮丧，有过后悔，等等的感受在你完成的一瞬间，是十分的感叹的，感叹自己终于完成，感叹自己面对困难时萎缩的态度，感叹同学老师无私的帮助，感叹自己四年学的太少，所以感叹号是最能代表自己在论文和设计中挣扎的感受以及大学四年的经历的总结。自己大学四年生涯的结束，也更意味自己将对学校的告别，学生时代的不再见，但是自己的人生和奋斗的态度还是依旧的。通过这次的毕业论文和实物的设计，让我将在这大学四年当中学习的理论知识经历了一次真真正正的实践的考验，在这过程当中，最有体会的是，实践是检验真理的唯一的标准这句名言，再一次的给我好好的上了一次人生课，一件事情只有当我们亲手去实践，亲自动手去做和经历，你才能得到感悟和收获，想要收获，就必须自己主动的去付出。参考文献1 张毅刚,彭喜元，彭宇. 单片机原理及应用M. 高等教育出版社,2003.2 宋文绪，杨帆. 传感器与检测技术M. 高等教育出版社,2004.3 张元良，吕艳，王建军. 智能仪表设计实用技术及实例M，2008.4 徐江海. 单片机实用教程M. 机械工业出版社,2006.5 潘永雄. 新编单片机原理与应用M. 西安电子科技大学出版社,2003.6 楼然苗. 51系列单片机设计实例M. 北京航空航天大学出版社,2003.03.7 褚斌, 徐力. 多参数新型智能变送器的设计J. 仪表技术与传感器,2000.8 李德振. 湿度监测系统设计方案J.电子制作,2010. 9 Design And Implementation of Temperature & Humidity Control System Based on AT89C51 J. 2007. 10 The Temperature Intelligence Control System Based on Single-Chip- Microprocessor J. 2003.11 Anti-interference Measures for the Controlling System of Single-chip MicrocomputerJ. 2003.致