数字温度传感器毕业论文.doc

商丘科技职业学院毕业论文设计 1 目录 目录目录 1 摘要摘要 2 第一章 绪论第一章 绪论 3 1 1 课题背景 3 1 2 温度检测与及报警系统的国内外状况 3 1 3 温度参数 温度检测和语音报警 5 1 3 1 温度参数 5 1 3 2 温度检测 5 1 3 3 语音报警 5 第二章 系统总体设计方案第二章 系统总体设计方案 6 2 1 单片机语音温度报警系统的总体设计 6 2 2 系统的基本工作过程 6 第三章 单片机温度控制和语音报警系统硬件设计第三章 单片机温度控制和语音报警系统硬件设计 7 3 1 温度控制和报警主机 7 3 1 1 主控制单片机 7 3 1 2 AT89C51 特点 7 3 1 3 AT89C51 主要功能特性 8 结论结论 12 参考文献参考文献 13 数字温度计显示系统的设计 2 摘要 温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一 随着传感器在 生产和生活中的更加广泛的应用 利用新型单总线式数字温度传感器实现对温 度的测试与控制得到更快的开发 本文设计了一种基于 AT89C51 的温度检测及 报警系统 该系统将多个单总线温度传感器 DS18B20 并接在控制器的一个端口 上 对各个传感器温度进行循环采集 将采集到的温度值与设定值进行比较 当 超出设定的上限温度时 通过 ISD1420 语音电路给出语音提示及报警信号 文 中给出了单根数据线上扩展多个温度传感器的设计方法 并给出了系统实现的 硬件原理图及软件流程图 经实验测试表明 该系统测量精度高 抗干扰能力 强 报警及时准确 具有一定的参考价值 该系统设计和布线简单 结构紧凑 体积小 重量轻 抗干扰能力强 性价比高 扩展方便 在大型仓库 工厂 智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景 关键词 数字温度传感器 单总线 关键词 数字温度传感器 单总线 通信协议通信协议 DS18B20DS18B20 AT89C2051AT89C2051 LEDLED 显示器 报警信号 显示器 报警信号 商丘科技职业学院毕业论文设计 3 第一章 绪论 1 1 课题背景 测量控制的作用是从生产现场中获取各种参数 运用科学计算的方法 综 合各种先进技术 使每个生产环节都能够得到有效的控制 不但保证了生产的 规范化 提高产品质量 降低成本 还确保了生产安全 所以 测量控制技术 已经被广泛应用于炼油 化工 冶金 电力 电子 轻工和纺织等行业 随着 单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展 其稳定 安全 高效 经济等优点十分突 出 所以其应用也十分广泛 单片机已经无处不在 与我们生活息息相关 并 且渗透到生活的方方面面 单片机的特点是体积较小 也就是其集成特性 其内部结构是普通计算机 系统的简化 增加一些外围电路 就能够组成一个完整的小系统 单片机具有 很强的可扩展性 它具有和普通计算机类似的 强大的数据处理功能 通过使 用一些科学的算法 可以获得很强的数据处理能力 所以单片机在工业中应用 中 可以极大地提高工业设备的智能化 数据处理能力和处理效率 而且单片 机无需占用很大的空间 随着温度检测理论和技术的不断更新 温度传感器的种类也越来越多 在微机系统中使用的传感器 必须是能够将非电量转换成电量的传感器 目前 常用的有热电偶传感器 热电阻传感器和半导体集成传感器等 每种传感器根 据其自身特性 都有它自己的应用领域 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比 具有读数方便 测温范 围广 测温准确 其输出温度采用数字显示 主要用于对测温比较准确的场所 或科研实验室使用 该设计控制器使用单片机 AT89C51 测温传感器使用 DS18B20 显示电路采用 1602 液晶显示模块芯片传送数据 实现温度显示 能准 确达到以上要求 1 2 温度检测与及报警系统的国内外状况 温度是一个非常重要的物理量 因为它直接影响燃烧 化学反应 发酵 数字温度计显示系统的设计 4 烘烤 煅烧 蒸馏 浓度 挤压成形 结晶以及空气流动等物理和化学过程 温度控制失误就可能引起生产安全 产品质量 产品产量等一系列问题 因此 对温度的检测的意义就越来越大 温度采集控制系统在工业生产 科学研究和 人们的生活领域中 得到了广泛应用 在工业生产过程中 很多时候都需要对 温度进行严格的监控 以使得生产能够顺利的进行 产品的质量才能够得到充 分的保证 使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制 保证 生产的自动化 智能化能够顺利 安全进行 从而提高企业的生产效率 温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的 嵌入式系统 虽然起源于微型计算机时代 但是微型计算机的体积 价位 可靠性 都无法 满足广大对象对嵌入式系统的要求 因此 嵌入式系统必须走独立发展道路 这条道路就是芯片化道路 将计算机做在一个芯片上 从而开创了嵌入式系统 独立发展的单片机时代 单片机诞生于二十世纪七十年代末 经历了 SCM MCU 和 SOC 三大阶段 在现代化的工业生产中 电流 电压 温度 压力 流量 流速和开关量 都是常用的主要被控参数 例如 在冶金工业 化工生产 电力工程 造纸行 业 机械制造和食品加工等诸多领域中 人们都需要对各类加热炉 热处理炉 反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制 采用 MCS 51 单片机来对温度进行控 制 不仅具有控制方便 组态简单和灵活性大等优点 而且可以大幅度提高被 控温度的技术指标 从而能够大大提高产品的质量和数量 因此 单片机对温 度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题 同时温度也是生活中最常 见的一个物理量 也是人们很关心的一个物理量 它与我们的生活息息相关 有着十分重要的意义 在工业生产中 温度过高或过低会直接影响到产品的质 量 对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏 严重的会影响到 生产安全 在日常生活中 温度过高或过低同样会造成一些不良影响 在实际生产 生活等各个领域中 温度是环境因素的不可或缺的一部分 对温度及时精确的控制和检测显得尤为重要 比如 农业上土壤各个层面上的 温度将会影响植物的生长 在医院的监护中也用到温度的测量 在工业中 料 桶里外上限温度要求不一 以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的 性能至关重要等等 现代电子工业的飞速发展对自动测试的要求越来越高 采 商丘科技职业学院毕业论文设计 5 用单片机对温度进行控制 不仅具有控制方便和组态简单的优点 而且可以提高 被控温度的技术指标 针对以上情况 在控制成本的前提下 通过本设计设计 一款能够实时检测控制温度 又具有对系统设定不同的报警温度的温度控制报 警系统功能 此系统能够满足现代生产生活的需要 效率高 具有较强的稳定 性和灵活性 因此 在生产和生活中要对温度进行严格的控制 使温度在规定 的范围内变化 通过本系统提高学生对于温度控制的认识 在学习实践中提高 对理论的认知能力和动手解决实际问题的能力 达到教学实践相结合的目的 及采用先进的科学技术 加以丰富的保安实际经验和知识 向社会提供各种超 值安全设备服务 给用户带来安全和放心 随着人们生活水平的不断提高 单片机控制无疑是人们追求的目标之一 它所给人带来的方便也是不可否定的 其中数字温度计就是一个典型的例子 但人们对它的要求越来越高 要为现代人工作 科研 生活 提供更好的更方 便的设施就需要从数单片机技术入手 一切向着数字化控制 智能化控制方向 发展 1 3 温度参数 温度检测和语音报警 1 3 1 温度参数 基本范围 50 110 精度误差小于0 5 采用1602液晶显示 可以任意设定温度的上下限报警功能 1 3 2 温度检测 通过 DS18B20 传感器检测测量温度 通过 AT89C51 单片机进行控制 通过 用显示电路采用 1602 液晶 7 显示温度 1 3 3 语音报警 先录音 能分160段 地址为00H 0A0H 我们说话平均语速4字 秒 所以20 秒我们录80字 经过计算 每个字占2个地址 我们录音13段 数字温度计显示系统的设计 6 录音用S1键 放音控制用S2键 录音时按下键后开始录音 录完每段后放开 按键 录音停止 共录13段 录每段时同时用数码管提示 分别用数字0 F来表示 按语音提示键播报温度 不按不播报 第二章 系统总体设计方案 2 1 单片机语音温度报警系统的总体设计 语音温度报警计电路设计总体设计方框图如图 2 1 所示 控制器采用单片 机 AT89C51 温度传感器采用 DS18B20 语音电路采用 ISD1420 用 3 位 LED 数 码管以串口传送数据实现温度显示 单 片 机 按键输入电路 显示电路 温度控制电路 测温电路 时钟电路 复位电路 报警电路 单元模块功能如下 检测电路由温度传感器 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新 推出的一种改进型智能温度传感器 与传统的热敏电阻等测温元件相比 它能 直接读出被测温度 并且可根据实际要求通过简单的编程实现 位的数 字值读数方式 自动报警主机的核心器件是单片机 它是整个系统的心脏 由它来接受报 警信号并控制协调各功能模块的正常工作 考虑到系统的功能和经济性因素 采用的是当今流行的性价比比较高的 AT89C51 2 2 系统的基本工作过程 在农业应用方面虚拟仪器温室大棚温度测控系统是一种比较智能 经济的 方案 适于大力推广 改系统能够对大棚内的温度进行采集 然后再进行比较 商丘科技职业学院毕业论文设计 7 通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析 如果超过温度限制 温 度报警系统将进行报警 来通知管理人员大棚内的温度超过限制 大棚内的温 控系统出现故障 从而有利于农作物的生长 提高产量 第三章 单片机温度控制和语音报警系统硬件设计 3 1 温度控制和报警主机 本系统主要是基于单片机实现其温度检测和报警功能 其硬件的主要设计 如下 3 1 1 主控制单片机 主控单片机采用一片ATMEL AT89C51 根据题目要求 充分利用了单片机 灵活控制的优点 发挥其优势功能 采用单片机控制显示信号灯 提高了系统 的灵活性 设置方便 AT89C51芯片本身集成了看门狗 WDT 电路 这是为了 系统更加的稳定可靠 避免了系统因为死机而停止工作的情况发生这种做法对 于实际上长时间运行在恶劣状况的交通灯控制系统来说是十分必要的 它可以 完成自动加载复位 省去人工调整的麻烦 可以做到无人职守 3 1 2 AT89C51 特点 AT89C51是一个低功耗 高性能CMOS 8位单片机 片内含4k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器 器件采用ATMEL公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准MCS 51指令 系统及80C51引脚结构 芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单 元 功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性 价比的解决方案 AT89C51具有如下特点 40个引脚 4k Bytes Flash片内程序存储器 128 bytes的随机存取数据存储器 RAM 32个外部双向输入 输出 I O 口 5个 中断优先级2层中断嵌套中断 2个16位可编程定时计数器 2个全双工串行通信 数字温度计显示系统的设计 8 口 看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 如图3 1所示 图 3 1 AT89C51 芯片 此外 AT89C51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模 式 空闲模式下 CPU 暂停工作 而 RAM 定时计数器 串行口 外中断系统可 继续工作 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据 停止芯片其它功能直至外 中断激活或硬件复位 同时该芯片还具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三种封装形式 以适应不同产品的需求 3 1 3 AT89C51 主要功能特性 兼容 MCS 51 指令系统 32 个双向 I O 口 2 个 16 位可编程定时 计数器 全双工 UART 串行中断口线 2 个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗 WDT 电路 灵活的 ISP 字节和分页编程 4k 可反复擦写 1000 次 ISP Flash ROM 4 5 5 5V 工作电压 时钟频率 0 33MHz 商丘科技职业学院毕业论文设计 9 128x8bit 内部 RAM 低功耗空闲和省电模式 3 级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 AT89C51 的引脚功能介绍 VCC AT89C51 电源正端输入 接 5V VSS 电源地端 XTAL1 单芯片系统时钟的反相放大器输入端 XTAL2 系统时钟的反相放大器输出端 一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上 接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了 此外可以在两引脚与地之间加入一 个 20PF 的小电容 可以使系统更稳定 避免噪声干扰而死机 RESET AT89C51的重置引脚 高电平动作 当要对晶片重置时 只要对此引脚电 平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间 AT89C51便能完成系统重置 的各项动作 使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态 并且至地址 0000H处开始读入程序代码而执行程序 EA VPP EA 为英文 External Access 的缩写 表示存取外部程序代码之意 低 电平动作 也就是说当此引脚接低电平后 系统会取用外部的程序代码 存于 外部EPROM中 来执行程序 因此在8031及8032中 EA引脚必须接低电平 因 为其内部无程序存储器空间 如果是使用 8751 内部程序空间时 此引脚要接 成高电平 此外 在将程序代码烧录至8751内部EPROM时 可以利用此引脚来 输入21V的烧录高压 VPP ALE PROG 数字温度计显示系统的设计 10 ALE是英文 Address Latch Enable 的缩写 表示地址锁存器启用信号 AT89C51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器 如74LS373 将端口0的 地址总线 A0 A7 锁进锁存器中 因为AT89C51是以多工的方式送出地址及 数据 平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1 6 因此可 以用来驱动其他周边晶片的时基输入 此外在烧录8751程序代码时 此引脚会 被当成程序规划的特殊功能来使用 PSEN 此为 Program Store Enable 的缩写 其意为程序储存启用 当8051被设 成为读取外部程序代码工作模式时 EA 0 会送出此信号以便取得程序代码 通常这支脚是接到EPROM的OE脚 AT89C51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在 外部的RAM与EPROM 使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K 的定址范围 PORT0 P0 0 P0 7 端口0是一个8位宽的双向输出入端口 共有8个位 P0 0表示位0 P0 1表 示位1 依此类推 其他三个I O端口 P1 P2 P3 则不具有此电路组态 而 是内部有一提升电路 P0在当作I O用时可以推动8个LS的TTL负载 如果当EA 引脚为低电平时 即取用外部程序代码或数据存储器 P0就以多工方式提供 地址总线 A0 A7 及数据总线 D0 D7 设计者必须外加一个锁存器将端 口0送出的地址锁住成为A0 A7 再配合端口2所送出的A8 A15合成一个完整 的16位地址总线 而定址到64K的外部存储器空间 PORT2 P2 0 P2 7 端口2是具有内部提升电路的双向I O端口 每一个引脚可以推动4个LS的 TTL负载 若将端口2的输出设为高电平时 此端口便能当成输入端口来使用 P2除了用做一般I O端口使用外 若是在AT89C51扩充外接程序存储器或数据存 储器时 也提供地址总线的高字节A8 A15 这个时候P2便不能当作I O来使用 了 PORT1 P1 0 P1 7 端口1也是具有内部提升电路的双向I O端口 其输出缓冲器可以推动4个 LS TTL负载 同样地若将端口1的输出设为高电平 便是由此端口来输入数据 商丘科技职业学院毕业论文设计 11 如果是使用8052或是8032的话 P1 0又当作定时器2的外部脉冲输入脚 而 P1 1可以有T2EX功能 可以做外部中断输入的触发脚位 PORT3 P3 0 P3 7 端口3也具有内部提升电路的双向I O端口 其输出缓冲器可以推动4个TTL 负载 同时还多工具有其他的额外特殊功能 包括串行通信 外部中断控制 计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能 其引脚分配如下 P3 0 RXD 串行通信输入 P3 1 TXD 串行通信输出 P3 2 INT0 外部中断0输入 P3 3 INT1 外部中断1输入 P3 4 T0 计时计数器0输入 P3 5 T1 计时计数器1输入 P3 6 WR 外部数据存储器的写入信号 P3 7 RD 外部数据存储器的读取信号 数字温度计显示系统的设计 12 结论 本设计利用芯片控制温度传感器DS18B20 再辅之以部分外围电路实现对 环境温度的测控 性能稳定 精