超温报警器的设计与制作

1、杭州职业技术学院 毕业设计（论文）（2008届）题 目 超温报警器的设计与制作系 别 专 业 班 级 姓 名 指导教师 2008年5 月25 日目 录第一章 总体框架设计 31.1超温报警器的用途1.2超温报警器的功能1.3基本工作流程第二章 硬件电路的设计 42.1器件选择2.2电源电路设计2.3单片机电路设计2.4温度传感器电路设计2.5数码管显示电路设计2.6蜂鸣器电路设计第三章 软件设计 103.1主程序流程设计3.2 各程序模块流程设计参考文献14致谢14附录15超温报警器的设计与制作【摘要】本设计研究的主要内容是利用单片机at89c2051对温度传感器采集到的温度数据定时采样，并在

2、数码管上显示，若温度超过预设值报警器会发出声音报警。给出了温度控制系统硬件电路组成框图以及程序流程。【关键词】at89c2051单片机；led数码管；报警器；温度传感器- 18 -第1章 总体框架设计1.1超温报警器的用途单片机的温度测控在家用、工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，如火警告警、家电温度报警。它能够帮助人们在生产生活更加的安全和可靠，可以避免不必要的遭难。1.2超温报警器的功能本设计的超温报警器可以在工作温度为-55+125内工作。是以at89c2051单片机为核心的温度测控系统，该温度测控系统是通过预先程序设定温度，来达到温度控制，当温度超过预设温度时蜂鸣器就会发出报警，而且

3、还会在led数码管上显示温度值。本设计的温度测控系统还可与pc机相连接，当温度超过设定值时还会在pc机显示器上显示，由于毕业设计与制作的时间比较紧，所以本设计将与上位机的连接省去。1.3基本工作流程超温报警器系统的硬件组成方框图如图1.1所示。图1.1 超温报警器系统的硬件组成方框图其工作过程为：at89c2051单片机采集温度传感器所感应到的被测对象的温度，通过单片机的程序控制将所采集到的温度显示在led数码管上，并且由单片机发出指令，控制蜂鸣器的发声，继而进行报警提示。第二章 硬件电路的设计2.1器件选择（1）单片机。本设计选用美国atmel公司生产的at89c2051单片机。该芯片为低电

4、压、高性能的cmos8位单片机，片内含2kbyte的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和128kbyte的随机存取数据存储器（ram），工作电压为2.76v，还含有两个16位的定时器，6个内部中断源，可编程的串口uart，兼容标准mcs-51指令系统。片内置有通用8位中央处理器和flash存储单元，封装只有20只，体积比较小，工作温度为-55+125。at89c2051引脚图如图2.1所示。图2.1at89c2051引脚图引脚说明。vcc：电源电压；gnd：接地；rst：复位输入；xtal1：振荡器反相放大器的输入端；xtal2：振荡器反相放大器的输出端。p1端口：是一组双向通用i/o口

5、，p1.2p1.7提供内部上拉电阻，p1.0和p1.1无内部上拉电阻。p3端口：p3端口的p3.0p3.5、p3.7是内部上拉电阻的通用i/o口。（2）传感器。温度传感器的作用是将温度信息转换为电流或电压输出，如果转换后的电流或电压输出是模拟信号，还须进行a/d转换，来满足单片机的需要，为了设计简单，本设计选用输出信号为数字信号的传感器。温度传感器采用ds18b20，是dallas 半导体公司的最新的单线数字温度传感器，支持“一线总线”接口，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。由于每一个ds1820 有唯一的系列号（silicon serial number ）

6、，因此多个ds1820 可以存在于同一条单线总线上。这就允许了在许多不同的地方放置温度灵敏器件，可以使用户可轻松地组建传感器网络，适合于不同环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。ds18b20的测量温度范围为 -55c+125c，在-10+85c范围内,精度为0.5c。完全可以满足设计要求。（3）led数码管。本设计选用的数码管尺寸为0.5的数码管，供电电压为5v，其数码管为8字形数码管，分为a、b、c、d、e、f、g、dp八段，其中dp为小数点。有十根管脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚为数码管的公共端，两根之间互相连通。2.2电源电路设计2.2电源电路本设

7、计所选用的单片机、温度传感器和led数码管都是支持5v电源工作。电源稳压器采用芯片7805进行稳压，它的作用是把对于5v的直流电压降为稳定的5v直流电压。vcc 6v是指变压器出来的6v电压，c1是低通滤波器，c2是高频滤波器。通过两个电容的进一步滤波，最后可以得到纯净的直流，这对电路起到了一定的保护作用。电源电路如图2.2所示。三端稳压器7805输入端的未稳直流电压，由市售的电源转换器提供，可以采用输出6-9v的交、直流转换器。2.3单片机电路设计单片机at89c2051单片机引脚图如图2.1所示，要使单片机工作，必需要给单片机增加上电复位电路和外接晶振电路。上电复位电路。复位操作将at89

8、c2051的工作置成初始状态，并从程序的开始进行运行。上电复位是通过给at89c2051的脚发一个瞬间高电平来完成的，上电复位电路如2.3所示。图2.3上电复位电路工作过程：上电的瞬间，因为电容器两端电压不能突变，单片机1脚有一个突发的向上尖峰脉冲，因此电流能通过c1电容到达at89c2051的复位端口reset对at89c2051进行复位。尖峰过后，电流平稳，电容c1阻止电流通过，这样可以防止对at89c2051反复进行复位。电阻r1是用于给c1放电的，防止reset端口上持续高电平。晶振电路。晶振电路产生单片机工作所需的节拍信号。晶振电路如图2.4所示。单片机第4、5脚外接11.092mh

9、z晶振和瓷片电容，与片内电路构成11.092mhz振荡器,因为瓷片稳定性好，故选用瓷片电容。其中xtal1为at89c2051内部时钟振荡器的输入端，xtal2为at89c2051内部时钟振荡器的输出端，可以在该端口用示波器测量振荡频率。图2.4晶振电路2.4温度传感器电路设计本设计给传感器供电的方式是从vcc引脚接入一个外部电源，电路图如图2.5温度传感器连接电路。图2.5温度传感器连接电路用这种方式连接的好处在于总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平，并且可以在单线总线上挂任意多片ds1820，而且如果它们都是使用外部电源的话，可以发出指令让它们同时进行温度转换。在加外部电源时，gnd脚

10、不能悬空。当温度高于100时，ds1820表现出的漏电流比较大，所以使用ds1820的vcc脚2.5数码管显示电路设计本设计采用的显示方式为动态显示。动态显示虽有闪烁感，占用的cpu时间多，但使用的硬件少，能节省路板的空间，有很强的使用性。其接口电路是把所有led数码管的8个笔画段a-g、dp的同名端连在一起，而每一个数码管的公共端com各自独立的享受i/o控制。led显示器分为共阴极和共阳极两种连接方式。共阴极是将8个发光二极管阴极连接在一起作为公共端，而共阳极是将8个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端。我们这次就是采用的共阳极led。如图所示，led显示器有静态和动态显示两种方式，静态显

11、示是将共阴极联到一起接地，每位的显示段（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。由于显示的各位可以相互独立，各位可以互相显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。并且由于各位由一个8位锁存器控制段选线，故在同一时间内每一位显示的字符可以不同。如图2.6所示。图2.6数码管结构数码管选通电路起到只让某个数码管发光的作用，电路如图2.6所示图2.7数码管选通电路本设计使用的是用三极管的导通和截至来实现译码。p3口作为数码管的选通线，当给p3口相应的置低电平时，连接着p3口相应位的三极管导通，即相应位的数码管选通。p1口作为数码管的数据线，从p1口输出相应的字形即可显示

12、数字。在本设计中，将p1口作为字形码输出控制口，p1.0-p1.6分别与各数码管的笔画段a-g连接。电阻r20-r26作为p0口输出的上拉电阻，阻值为10k，作用是是数码管的默认状态为不点亮。电阻r10-r16起限流作用，对数码管进行保护，如果没有这些电阻，数码管可能会因为电流过大而烧坏。在本设计中，显示小数点的位置是固定的，让显示个位数的数码管的小数点为恒亮，其它小数点位均灭。2.6报警电路设计单片机at89c2051将接收到的温度值与预设值进行比较，若温度超过预设值时，使p1.7脚输出高电平，此电平可以用来驱动报警电路，完成超温报警功能。报警电路采用蜂鸣器，电路简单、明了。蜂鸣器电路如图2

13、.7所示。at89c2051的19脚在输出高电平时，蜂鸣器发音。根据实际需要，报警电路也可以采用语音报警，或者可以用p1.7脚输出的高电平启动一个音频振荡器，驱动扬声器发声。 图2.8蜂鸣器电路最后形成的电路总图如图2.9所示图2.9电路总图第三章 软件设计3.1主程序流程设计系统设计采用模块化的设计，主程序如图3.1所示图3.1主程序流程图3.2各程序模块流程设计在主程序中主要包括初始化模块、温度数据采集模块、数据通信模块、数码管显示模块和蜂鸣器告警模块五部分组成初始化模块。其主要完成的工作有：单片机i/o管脚定义，p1.0-p1.6作为普通i/o来使用，主要用来控制led数码管的7个管脚，

14、p1.7用来控制蜂鸣器。p3.2-p3.5作为普通io口，用来选通四个数码管，分别控制数码管代表的百位、十位、个位和小数位；p3.7用来读取温度传感器的数据。温度数据采集模块。流程图如图3.2所示 图3.2温度数据采集程序流程图数据通信模块。流程图如图3.3所示。图3.3数据通信流程图数码管显示模块。流程图如图3.4所示。图3.4数码管显示温度值中断服务程序流程图蜂鸣器告警模块。流程图如图3.5所示。图3.5蜂鸣器告警流程图参考文献1.那彦电子及通信专业毕业设计宝典西安电子科技大学出版社，2008年2.李洋现代电子设计与创新中国电力出版社，2007年 3.欧伟明电子信息系统设计西安电子科技大学

15、出版社，2005年4.张庆双电子元器件的选用与检测 机械工业出版社，20065.王志功等集成电路设计电子工业出版社，2007附录系统程序：#include #define leddata p1sbit led0=p34;sbit led1=p35;sbit led2=p37;sbit dq=p32;typedef unsigned char byte;byte i;unsigned char code tab2=0,0,1,1,2,3,3,4,5,5,6,6,7,8,8,9;/小数部分显示数据unsigned char code tab1=0xfa,0x82,0xb9,0xab,0xc3,0x

16、6b,0x7b,0xa2,0xfb,0xeb,0x79,0x00,;/led段码表，根据自己硬件修改void delays(unsigned char k) unsigned char i,j; for(i=0;ik;i+) for(j=0;j0;i-) value=1; dq = 0; dq = 1; delay(2); if(dq)value|=0x80; delay(6); return(value);/向 1-wire 总线上写一个字节void write_byte(char val) byte i; for (i=8; i0; i-) / 一次写一位 dq=1; dq=0; dq =

17、 val&0x01; delay(30); dq = 1; val=val/2; delay(70);/*void adjust_res(char res) /res 分别等于 0x1f, 0x3f, 0x5f 温度读数分辨率分别对应 / 0.5, 0.25, 0.125 ow_reset(); /复位 write_byte(0xcc); /跳过rom write_byte(0x4e); /写暂存器 write_byte(0x02); /写th write_byte(0x01); /写tl write_byte(0x7f); /写结构寄存器 write_byte(res); ow_reset(

18、); /复位 write_byte(0xcc); /跳过rom write_byte(0x48); /把暂存器内容写到epram中*/unsigned int read_temperature(void) union unsigned char c2; unsigned int x; temp; temp.x=0x0000; i=ow_reset(); if(!i) write_byte(0xcc); /skip rom write_byte(0xbe); /read scratch pad temp.c1=read_byte(); /start read data temp.c0=read_byte(); /read two byte data from dev