毕业设计开题报告书 -温度报警系统设计与仿真

1本科生毕业设计开题报告书题 目 温度报警系统设计与仿真 学生姓名学 号专业班级指导老师2013 年 8 月 26 日2论文（设计）题目 温度报警系统设计与仿真课题目的、意义及相关研究动态：课题目的：随着信息时代的飞速发展，人们的生活已经发生重大的变化，目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。在工业控制方面，温度控制同样是非常重要的手段，而温度测量又是温度控制中相当重要的一环。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用 1。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决 23。这次基于单片机的温度报警系统的设计是以单片机为核心，对采集到的温度数据进行处理，并实现智能温度报警和上下限调节的目的。本课题采用 51 单片机 4作为主控制芯片，采用 51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，硬件实现简单，体积小，安装方便。采用数字化温度传感器 DS18B205测量温度，数字温度传感器 DS18B20 输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理性、化学性很稳定，能用做工业测温元件。所以该系统利用 AT89C51 芯片控制温度传感器 DS18B20进行实时温度检测并由 12864 液晶显示，能够实现快速测量环境温度，并可根据需要设定上下限报警温度 6。使用 PROTEUS 软件 78完成温度报警系统的仿真运行。一、单片机采用 51 单片机 910：（1）使用价格低廉、应用广泛的 5 1 系列单片机为控制芯片，可以达到了控制性能好，成本低的目的。（2)AT89C51 单片机是最早期也最典型的产品，低功耗、高性能、采用 CHMOS 工艺的8 位单片机。（3)它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与 Intel 80C3X 单片机 25完全相同。在应用中可直接替换。（4)在 AT89C51 内部有 FLASH 程序存储器，既可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程，编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便。 （5)AT89C5X 系列可认为是 Intel 80C3X 的内核与 Atmel FLASH 技术的结合体。它为3许多嵌入式控制系统提供了灵活、低成本的解决方案。二、采用数字温度传感器 DS18B201114：DS18B20 数字温度传感器是美国 DALLAS 公司推出的一线式数字温度传感器。它将地址线、数据线、控制线合为一线双向串行传输数据的信号线，并允许在这根信号上挂多个DS18B20，可组成网络多点测温检测系统 15。由于 DS18B20 组成的温度测控系统非常方便，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的 A/D 转换器及其它复杂外围电路的缺点，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，而且成本低，体积小，可靠性高。因此这次设计选用 DS18B20 作为温度传感器。DS18B20 具有如下特性 16：（1）适应电压宽，电压范围在 3.05.5V，在寄生电源下可由数据线供电。（2）具有独特的单总线接口方式，只需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。（3）支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）在使用中不需要任何外围元件，全部元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路中。（5）测温范围：-55+125，在-10+85时精度为0.5。（6）可编程分辨率为 912 位，对应的可分辨温度为 0.5，0.25，0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7）在 9 位分辨率时，最多在 93.75ms 内将温度转换为数字；12 位分辨率时，最多在750ms 内将温度转换为数字，显然速度更快。（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传输给 CPU，同时可传送CRC 检验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（9）具有负压特征即当电源电极接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。三、采用 LM12864 液晶显示器进行显示 1718：LM12864 液晶显示器模块是全屏幕图形点阵式液晶显示器组件，有控制器、显示缓冲器 DD RAM、驱动器和全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，可以实现字符移动、闪烁等功能 19，也可以显示汉字（4X8 个 16X16 点阵汉字） 。与 CPU 接口是 8 位数据线和几条地址线，另外 3 条电源线供芯片和 LCD 驱动 20。4在单片机系统中应用晶液显示器 LM12864 作为输出器件有以下几个优点 16：（1）可以显示数字、字母、特殊符号、图形、汉字和曲线；（2）拥有 64X64 位（512 字节）的显示存储器，其数据直接作为显示驱动信号；（3）8 位并行数据接口和 64 列驱动输出 21；（4）简单的操作指令：显示开关设置，显示起始行设置，地址指针设置和数据读/写指令；（5）低功耗：在显示期间功耗最大 2mW。四、PROTEUS 仿真软件 2224：（1）PROTEUS 在单片机 CPU 外围器件方面表现出的卓越的仿真能力使其成为目前最好的仿真软件之一。（2）PROTEUS 可以仿真 8051 系列、AVR 系列、PLC 系列等主要常见系列单片机及外围电路。（3）PROTEUS 提供了数目庞大，门类齐全的各类常见器件库，具有较强的 PCB 设计功能。（4）PROTEUS 有操作灵活，自动连线等优点，为我们提供了非常好的开发界面。课题意义：通过本课题的设计，进一步熟悉和巩固单片机的基本知识，学习温度传感器原理及驱动控制方法，学习液晶、按键等外围器件的使用方法，学习并掌握单片机 C51 程序编程方法，学习 Keil 集成调试软件的使用方法及 Proteus 仿真软件的使用方法，通过设计和仿真，可以提高单片机的水平，为今后的学习、工作打下基础。研究现状 11：国外对温度控制技术研究较早，始于 20 世纪 70 年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于 20 世纪 80 年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境5因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标更准确，更加稳定可靠。应用领域非常的广泛 14，纺织厂冷冻库，粮仓，储罐，电信机房，电力机房。轴瓦，缸体，纺机，空调等狭小空间工业设备测温和控制。汽车空调，冰箱，冷柜,浴室水温控制 25以及中低温干燥箱等。太阳能供热，制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量等。温度测控系统离不开温度传感器，传统的模拟温度传感器，如热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过一定的测量接口电路转换后输出模拟电压或电流信号，再将进一步处理，然后利用模数转换器将其转换为控制器可以处理的数字信号，即可由控制器读取。一个完整的温度采集系统包括以下几部分：温度传感器、测量电路、模拟信号处理电路、A/D 转换电路以及单片机。而在实际中，有些不需要进行严格的温度值测量，只需测量其是否超出某一设定范围，然后输出跳变信号进行控制，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号。例如可以启动或关闭风扇、空调、加热器或其他控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAS6501-MAX6504、MAX6509/6510 是这种类型的典型代表。随着集成电路的不断发展，出现了数字式的温度传感器 ，它是微电子技术、计算机技术和自动检测技术（ATE）的结晶，可以将待测环境的温度模拟量直接转化为单片机能够处理的数字量信号。数字温度传感器把模拟传感器温度采集系统测量电路、模拟信号处理电路、A/D 转化电路和其他功能的单元（如存储器或寄存器）集成到一起，就构成具有数字输出能力的数字温度传感器。数字温度传感器根据输出信号的不同可分为 3 类 15：时间输出的温度传感器，如 AD公司的 TMP03/04;频率输出的单线温度传感器，如 MAX6577；数值输出的温度传感器，数值输出的单线温度传感器直接以串行方式输出芯片测出的具体温度数值，所以其时序非常重要。DALLAS 公司的 DS18B20 就是这样一种独特的温度传感器。它只需要一个接口引脚即可通信，可用数据线供电，并具备多点测温能力。由于 DS18B20 组成的温度测控系统非常方便，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的 A/D 转换器及其它复杂外围电路的缺点，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，而且成本低，体积小，可靠性高。因此这次设计选用6DS18B20 作为温度传感器。课题的主要内容（观点） 、创新之处：11 1、课题的主要内容：本温度报警系统要完成实时温度数据采集，利用单片机将数据与通过键盘输入的上、下限温度值进行比较，如超出或低于所设置的上、下限温度，即触发报警器，发出报警声同时指示灯闪烁，系统的时间、测量的实时温度值、菜单选择、上下限温度设置等必要信息通过液晶显示。2、课题需解决的主要问题：（1）DS18B20 的工作原理；（2）LM12864 的工作原理；（3）基于 51 单片机的开发流程；（4）测温原理及驱动 DS18B2026；（5）液晶显示 27和独立键盘控制技术 28；（6）C 语言编程能力 2932，软件编程能力和调试能力；（7）论文格式规范化。3、课题可能创新之处 15：本课题是利用一种新型的可编程温度传感器 DS18B20，它能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度的采集和数据的处理。在以往的设计中，我们往往采用模拟式传感器，这样就需要 A/D 转换 33。在设计电路时候还需要放大电路 34，从而较为复杂。采用 DS18B20 数字传感器较之原始的温度处理器它具有系统结构简单、抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量等优点。它的三个引脚，一个接电源，一个接地，另外一个可以直接与单片机连接，直接将温度信号转换为数字信号。7研究方法、设计方案或论文撰写提纲：1、系统总体设计框图概述2、系统功能实现概述本系统采用层次化、模块化设计，整个系统由温度采集模块、键盘控制模块、主控模块、液晶显示模块和预警模块组成。系统以单片机为核心，通过单片机与数字温度传感器相连，采集并存储数字传感器的测量数据。通过键盘控制模块单片机记录输入的温度上下限值，并将上下限值与采集到的实时温度数据进行比较，一旦超出上下限温度设定值，系统自动触发预警模块，预警模块包括蜂鸣器鸣叫和指示灯闪烁。系统工作时的必要信息由单片机送由液晶显示器显示。整个系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活直观，性价比较高，能满足功能需求。3、 研究方法技术路线（1）学习数字传感器 DS18B20 的工作原理并且能够熟练使用；（2）掌握基于 51 单片机的开发流程；（3）掌握液晶显示器 LM12864 和独立键盘控制技术；（4）查阅资料，完成系统的初步设计；（5）请教导师，帮助解决出现的问题和困难；上、下限温度值设定测温接口主控芯片液晶显示报警器指示灯8（6）进行完整的仿真测试，完善设计。完成期限和预期进度：2013年11月2013年5日11月30日 毕业设计准备、资料查找阶段 2014年1月5日2014年3月5日 毕业调研阶段2013年11月30前 毕业设计开题报告阶段2014年4月8日2014年4月12日 毕业设计中期检查2014年上学期，第1周至11周 毕业设计主要工作阶段：2014年5月18日2014年5月26日 毕业设计答辩阶段 2014年5月18、19日 答辩时间主要参考资料：1 沙占友，王晓君.数字化测量M.北京：机械工业出版社，2009.2 张开生，郭国法.MCS-51 单片机温度控制系统的设计J.微计算机信息,2005(7): 72-73.3赵丽娟，邵欣基于单片机的温度监控系统的设计与实现J.机械制造,2006(31):74-75.4张毅刚，彭喜源，谭晓钧，曲春波.MCS51 单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社,2001.5 The introduction of 1-Wire Digital Thermometer DS18B20 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