基于51单片机的上下限可调的温度报警系统方案

1、GUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY课程设计目上下限可调的温度报警器设计电子*周 *指导教师 *2014年11月14日摘要：单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较 成熟的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度器，本温度计属于多功能温度 计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置围时，可以报警。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与 控制温度。本文通过采用蜂鸣器作为电声元件的温度报警器的设计，阐明了该装置进行 设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，可操作性强，应用广泛

2、。工 作时，温度测量围为18232 Co当前环境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机 发出报警信号，从而防止带来的不必要的损失。造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾；静电产 生高温或或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房电脑、空调等用电设 备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房所属的电子产品 发热快，在短时间机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时温 度报警系统就会发挥应有的功能。关键词STC89C51单片机，数字控制，温度计，DS18B201设计方案选择1.1系统基本方案选择1.1.1单片机芯片的选择方案方案

3、一：采用STC89C51芯片作为硬件核心。STC89C51部具有8KB ROM存储空间，512字节数 据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容，STC89C51 可以通过串口下载。方案二：采用AT89S51。AT89S51片具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没 有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51相对ATS89C52价格便宜，且抗干 扰能力强。考虑到成本因素，因此选用STC89C51。1.1.2温度传感器设计方案方案一：由于本设计是测温电路，

4、可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被 测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处 理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路， 感温电路比较麻烦。方案二：进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是 非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器，可以很容易直接 读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二，电路 比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。综上各方案所述，对此次作品的方案选定：采用

5、STC89C51单片机作为主控制系统; 采用DS18B20为传感器；1. 1.3显示电路设计方案一：使用数码管显示，数码管是由多个发光二极管封在在一起组成“8”字型 的器件，引线已在部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。有共阴，共阳两 种。方案二：使用液晶显示屏lcdl602, 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专 门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵 字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行 之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。比较两种方案将选用方案二，lcdl602操作简单，可以直接对

6、1602的引脚直接 操作。2主要元件介绍2. 1. 1 STC89C51 引脚介绍 主电源引脚(2根)VCC(Pin40)：电源输入，接+5V电源GND(Pin20)：接地线 外接晶振引脚(2根)XTALl(Pinl9)：片振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片振荡电路的输出端 控制引脚(4根)RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如 果接高电平则从部程序存储器读指令。

7、可编程输入/输出引脚(32根)STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O 口，分别位PO、Pl、P2、P3 口，每个口 有8位(8根引脚)，共32根。P0 口 (Pin39Pin32) : 8 位双向 I/O 口线，名称为 P0. 0P0. 7P1 口(PinlPin8) ： 8位准双向I/O 口线，名称为P1. 0P1. 7P2 口 (Pin21Pin28) ： 8位准双向I/O 口线，名称为P2. 0P2. 7P3 口 (PinlOPinl7) : 8位准双向I/O 口线，名称为P3. 0P3. 7图1： STC89C51封装图2. 1.2单片机最小系统：当在STC89C51单片机的R

8、ST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机部就 执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端 经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图2vccR310k19GND20P1.0Pl.l Pl.2Pl.3 Pl.4P1.5(MOSI) PlgUSO) P1.7(SCK) REST P3.0(RXD) P3.1(TXD) P3.2(TQ) P3.3(INT1) P3.4(T0) P3.5CT1) P3.6QVR) P3.7(RD) XTAL2XTAL1 GNDVCC PO.CXADO) P0.K.W1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(A

9、D4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P02£AD7) EAVPP ALEPROG PSEN P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2.4(A P2.3(A11) P2.2(A10) P2.1(A9) P2.0(A8)3S37363534333231302928262524232221STC89S52R图2单片机最小系统电路电路以STC89C51单片机最小系统为控制核心，测温电路由DS18B20提供，输入部 分采用三个独立式按键sO、si、s2。具体电路连接，详见附录1。2.2 DS18B20传感器介绍2.2. 1 DS18B20 概述DS18B20

10、的性能特点如下：（1）采用DALLAS公司独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一 条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；（2）在使用中不需要任何外围元件；（3）可用数据线供电，供电电压围：+3.0V+5.5V；（4）测温围：-55+125°Co固有测温分辨率为0. 5°Co当在TCTC+85£围，可 确保测量误差不超过0.5£,在-55+125*围，测量误差也不超过21；（5）通过编程可实现912位的数字读数方式；（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值；（7）支持多点的组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，

11、实现多点测(8) 负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护 DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无常工作；(9) DS18B20的转换速率比较高，进行9位的温度值转换只需93.75ms；(10) 适配各种单片机或系统；(11) 含64位激光修正的只读存储ROM,扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验 码(CRC)之后，产品序号占48位。出厂前产品序号存入其ROM中。在构成大型温控系统 时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20。2. 3 LCD 1602 介绍引脚功能介绍第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电

12、源时对比度最弱，接地时对比度最 高，对比度过高时会产生"鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时 可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。指令介绍序号RSR/WD7DG亠1>

13、1D3D3D1DO1OOOOOOO()O12光标逅回OOOOOOOOt*3監俪入棋:氏OOOOOOO1T/l>S4显示开/关控制OOOOOO1DCB5光标或于符移位OOOOO1S/CR/L*6OOOO1DLNF*7St#符发虫存贮岑地 址OOO1字符发生存贮寻地址8蛍救据存疋弼地址OO1晁示数4®存贮寻地址9读忙标志或地址O1BF计数洛电址1O写数到CGRAM或 DIDRAM>1O姜写的数据内容1 1从CGRAM或 a)RAM读数11读出的数摞内客1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明 1为高电平，0为低电平）指令1：清显示，指令码0

14、1H,光标复位到地址00H位置 指令2：光标复位，光标 返回到地址00H指令3：光标和显示位置设置I/D,光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S： 屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平表 示关显示。C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光 标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/C :高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电 平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显

15、示5X7的点阵字符，高电平时 显不5X10的显不字符°指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8： DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收 命令或数据，如果为低电平表示不忙。使用led先根据液晶的使用手册写出液晶屏的驱动程序，后使用把信息显示到液晶 上时直接调用液晶子程序即可。3.程序流程图返回概3B1 <502显示图6：程序流程图4.设计总结本次设计功能基本实现，当温度低于下限温度或者高于上限温度时蜂鸣器发出报 警。设计电路有温度上下限可调功能，按键按下由于不能再1602显示光标只能使用led 的亮灭和蜂鸣器来确定按键是否

16、按下，并且最终能实现了该功能。获取的温度值通过 1602显示出来。软件调适通过使用protues进行仿真，开始只是让1602显示出数据， 慢慢的加入按键，led指示灯和蜂鸣器。过程中遇到了很多问题，硬件方面：原理图设计好51单片机最小系统再根据仿真 软件电路接入温度采集电路，报警电路，显示电路，指示电路，按键和电源接口。画好 原理图导出PCB布线，由于对PCB布线规则不是很了解，粗略步好线打印印板、腐蚀、 打孔、焊接，由于经过电子相关的实习，这些步骤还是完成得比较好。焊接好后第一步 就是坚持电路是否短路或者是否有虚焊，多次对照PCB后没有问题就将下载好程序的单 片机插入电路开始调试。设计电路时

17、预留了两个10 口即增加了两个扩展口，所以可以 通过之前自己设计的STC串口下载器对单片机程序的下载调试。实际软件件调试也是和 仿真一样，先让1602能够显示东西，再把整个程序下载到单片机中，由于仿真时电路 要设计的功能基本都能实现了，所以程序下载成功后电路基本实现了功能。只是蜂鸣器 在温度没有超出限制围还是有小小的声音产生，找蜂鸣器相关资料发现是因为蜂鸣器在 不使用时要给它一个低电平或高电平（看电路，这里电路是给低电平），因为不限制蜂 鸣器的初始值时电路会出现漏电现象，程序改动后漏电现象消除了。通过本次设计，我学到了很多我们在课堂上学不到的实践能力，动手能力也得到了 很大的提升，在书本所学到

18、的知识得到了很大的实践，让我对书本上的知识有了更加深 刻的理解。同时也感同学的帮助，在我对电路相关知识不理解时给了我指点，让我能清 楚得理解，也通过这次的设计让我电子电路设计有了很大兴趣。参考文献1 郭天祥.51单片机C语言教程.：电子工业出版,2009.2 谭浩强.C语言程序设计M.：清华大学,1991.3 阎石.数字电子技术基础M.:高等教育,2006.4 童诗白.模拟电子技术基础M.：高等教育,2006.5 欣.电子设计从零开始M.：清华大学,2005.附录1系统原理图C7VJ温度传恿器电路-爭1LED拒示灯>!0A1XRR25 nr： 心心殆 “rr,n -«X7 yn

19、決. 5XM2 心心 5Z11X3 !(U<xh>nocu*fl单片机57* YJVU <.5X_ <7* 3S YJVM1602M7F 电菇报警电路.rtL i 4VJS 丁 Z 1l_LF复位电路时钟电路PCB图TL：18"；/定义高低/全局变附录2 C语言程序#include<reg51.h>#include111602. hH#include"DS18B20.1T#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit BEEP二P4；sbit led=Pl 0；sbit l

20、edO=Pri；sbit ledl=Pr2;sbit sO二P3"0；sbit sl=P3*1:sbit s2=P3"2； uchar code tab 0="Temp：uchar code tab 1="TH：23uchar TH.TL；温度变量uchar num；量/*nis 延时(非精确)* void delay(uint z)uint i,j；for(i=z；i>0；i-)for(j=120；j>0；j)；/*T|、TL 的温度符号 *void fuhaoOwrite (0x80+5)；wr i te dat(Oxdf):wr i t

21、e dat(0x43):write (0x80+14)；write dat(Oxdf):write dat(0x43):/*J 女台化 * /void init ()/* 电显示初始化*/uchar i；TH二23；TL二18；write (0x80)；for(i=0；i<16；i+)write dat (tab_li);delay(5)；write (0x80+0x40)；for (i=0；i<5；i+)(write_dat(tab 0i)；delay (5)；fuhaoO ；/*定时器初始化 */TMOD=0x01； /开定时器TO,方式1THO 二(65536-50000)

22、/256；/装入初值TLO二(65536-50000)%256；/EA=1；开全局中断ETO二1；TRO=1；打开定时器)/*报警函数*/void bi(uint t)int i,j；for(i=0；i<t；i+)for(j=0；j<50；j+)；BEEP二、BEEP；/按位取反 BEEP/*T1I . TL取十位个位送人显示*/void writeT HL(uchar add,uchar dat)uchar shi,ge；shi=dat/10；/十位ge=dat%10；/ 个位write (0x80+add)；wi'ite dat (shi+0x30)；write dat

23、(ge+0x30):/水* 按键 函数 */void keyscan()/* 能 */if(s0=0)(num+；delay (2);if(s0=0)led=0；while(!s0)；bi(300)；led=l；/按一下灯亮一下声音响一声if(num=l)TRO=O；write_(0x80+12)；delay(10)；)/write_(0x0f)；if(num=2) write_(0x80+4)；if(num=3) num=0；TR0=l；/*I/ 能力P*/if(num!=0)(if(sl=0)delay (2)；if(sl=0)ledO=O；while(!sl)； bi(300)；led0

24、=l； /按一下灯亮一下声音响一声if(num=l)TH+；if(TH=100)TH-O；writeT HL(3.TH)；write.(0x80+4)；if(num=2)TL+；if(TL=100)TL=0；writeT HL(12,TL)：write (0x80+10)；/*I*/if (num!=0)if(s2=0)delay (2)；if(s2=0)ledl二0；while(!s2)；bi(300)；ledl=l； 按一下灯亮一下声音响 一声if(num=l)TH；if(TH=-l)TH=99；writeT HL(3fTH)；write (0x80+4):if(num=2)TL=99；w

25、riteT HL(12tTL)；write.(0x80+10)；/*温度报警函数*/void beepOuchar tem；tem=temp/10； /返回的温度值temp放 大了十倍，得除十还原if(TH<=tem) bi (500)；if(TL>=tem) bi(500)；/*.函 */void main(void)Init 1602()；init()；while(l)(BEEP二0；keyscan ()；dsl820disp()；beepO ；/*) 时器中断 ® */TL；if(TL=-l)void time() interrupt 1THO 二(65536-50

26、000) /256 ；/ 重装初值TLO= (65536-50000)%256；DS 1802驱动程序#ifndefDS18B20 HdefineDS18B20 H#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ = P3；uchar tab5:uint temp；/温度值bit tflag；/*延时 1 */void delay 18B20(uint i)whiled-)；/*dsl820 */void dsl820rst()uchar x二0；DQ二 1；/DQ 复位delayl8B20(8)；/延时DQ二0；/DQ 拉

27、低delay_18B20(80) ；/精确延时大于480usDQ二h/拉高delay 18B20(14)；x=DQ；稍做延时后如果x=0则初始化成功x=l则初始化失败while(!DQ)；delay 18B20(20)；/*读个字节 */uchar dsl820rd()uchar i二0；uchar dat=0；for (i=8； i>0；i)DQ-0；/给脉冲信号dat»=l；DQ=1；/给脉冲信号if(DQ)dat：=0x80；delay.l8B20(4)；return(dat)；/*写个字节 */void ds1820wr(uchar dat)uchar i二0；for

28、(i=8；i>0；i)DQ二 0；DQ二dat&OxOl；delayJ8B20(5)；DQ二 1；dat»=l;值并转换 */read temp()uchar a,b；dsl820rst ()；dsl820wr (Oxcc); /跳过读序列号 ds 1820wr (0x44); /启动温度转换delayJ8B20(100)；dsl820rst ()；dsl820wr (Oxcc);跳过读序列号ds 1820戕(Oxbe) ； /读取温度delay 18820(100)；a=dsl820rd()；b=dsl820rd()；temp=b；temp«=8； temp

29、=templa； if (temp<OxOfff)tflag=O；elsetemptemp+l；tflag=l；temp=temp*(O. 625);/温度值扩大 10 倍， 精确到1位小数return(temp);/*温度值 , */void dsl820disp()uchar flagdat；read temp():tab0=temp%1000/100+0x30；/十位数tab1=temp%100/10+0x30；/个位数tab2=temp%10+0x30；/小数位if (tflag=O)flagdat=0x20； /正温度不显示符号elsef 1 agdat=0x2d; /负温度显示负号：-i f (tab0 =0x30) tab 0 =0x20； 如 果十位为0,不显示write (0x80+0x40+6)；write dat(flagdat):/显示正负wr i te dat (tabO):/显示十位write_dat (tabll) ；/显示个位wr i te_dat (Ox2e) ；/ 显示小数点write dat (tab2):/显示小数位write dat(Oxdf):write dat(0x43):tfendifLCD 1602驱动程序ttifndef1602 H#define1602 H#define