基于STC89C52的温度检测报警系统

1、基于STC89C52的温度检测报警系统基于STC89C52的温度检测报警系统 目 录目 录1摘 要2第1章 绪论51.1 课题背景与意义51.2 课题研究现状51.3 主要研究内容5第2章 系统的整体研究方案72.1 系统的总体研究方案72.2 主控模块方案选择72.3 显示模块方案8第3章 系统硬件设计93.1 单片机最小系统模块93.1.1 STC89C51单片机简介93.1.2 晶振电路设计93.1.3 复位电路设计103.2 液晶显示模块103.2.1 液晶模块简介103.2.2 液晶显示电路设计113.3 按键模块113.3.1 按键模块简介113.3.2 按键模块电路设计113.4

2、 温度检测模块123.4.1 DS18B20简介123.4.2 温度检测电路设计123.5 报警模块13第4章 系统软件设计144.1 系统主程序144.2 按键控制子程序设计154.3 显示子程序164.4 温度采集子程序17第5章 系统调试185.1 硬件调试185.2 软件调试185.3 实验分析18总结与展望20参考文献21致 谢22附录A 原理图23附录B 源程序24 摘 要温度是产品质量的重要指数，因此大多数行业在生产，产品存储中都需要对温度进行检测控制。本课题设计了一款基于单片机的温度检测报警设计，系统结合了单片机的数据处理技术于温度采集技术，整个系统采用模块化设计，以STC89

3、C52单片机作为主控芯片，温度传感器DS18B20检测温度，扩展按键模块、液晶显示模块、报警模块，实现温度的显示以及超限报警和预警值设定。软件设计部分包含主程序、温度采集子程序、液晶显示子程序、按键子程序、报警子程序等。经过多次测试，设计最终能够实时检测温度和显示、超限报警和预警值修改，而且该设计测量范围为-55度至+125度，测量范围大，而且使用简单，携带方便，能耗低，适用范围也更加广泛。关键词：STC89C52，DS18B20，温度检测基于STC89C52的温度检测报警系统第1章 绪论1.1 课题背景与意义随着人们生活水平的不断提高，温度的控制在现实生活中引起了高度重视，它是工农业和交通运

4、输业的重要参数，同时也是影响其他领域发展的因数之一。随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量、液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量，它尤其应用在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制，尽量按照人们的要求去变化，通过计算机控制相应的执行部件，可以避免温度过高或过低，减少带来的经济损失，使人身、财产安全得到很好的保证。在国民经济各部门以及人们的日常生活中，通常对多路温度信息进行采集。常用的测温元件有热电阻、热敏电阻和热电偶等。而这些元件通常需要连接放大和模/数转换电路，电路结构相对复杂

5、，并且在多路情况下，很难实现各路信号的同时采集。实际上，随着传感器技术和软件的不断发展，各种温度传感器的性能实现多元化，再利用计算机、单片机、CPLD/FPGA和 PLC等辅助工具或元器件，控制多路温度在实际应用中是非常广泛的。因此，从结构、性能、参数、设计思想等方面权衡把握，才能更好的设计出满足使用性能和要求的控制电路。1.2 课题研究现状二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们

6、在各行各业中也发挥着重要的作用。设计的温度采集系统可以随时的采集不同地方的温度，又可以根据环境的要求实时设置温度区间并进行判断是否超出要求的温度范围，并对超出温度范围的同时响应报警电路，为进一步的人为或是计算机进行温度的调节和控制做出准备。1.3 主要研究内容本设计采用STC89C52单片机作为主控模块的主控芯片，结合单片机的外围电路实现对整个系统的控制，温度传感器DS18B20测量温度并将测量值传给单片机，系统根据温度转换公式计算实际温度值，显示部分采用LCD1602液晶实时显示测量数据，当测量值超过预警范围时，蜂鸣器报警模块报警，预警值可以通过按键模块进行设定。基于STC89C52的温度检

7、测报警系统第2章 系统的整体研究方案2.1 系统的总体研究方案本课题基于单片机的温度检测系统以STC89C52为主控，DS18B20传感器测量温度值，LCD1602显示测量值、报警值，另外加了按键电路和报警电路来实现对预警值的设定以及超限报警。系统分为硬、软两部分进行介绍。其中硬件部分采用模块化设计，主要包含电源模块、DS18B20温度检测模块、液晶显示模块、主控模块、人机交互模块、报警模块等。软件部分包含主程序、温度数据采集子程序、液晶显示子程序、按键子程序、报警子程序等。工作流程为：系统上电，开始工作后，DS18B20温度传感器检测当前温度值，将数据发送至单片机，数据进行转换成相应的温度值

8、，按键模块设定预警值，当温度大于这个预警值时，蜂鸣器开始报警。系统详细的方案框图如下图2.1所示。 图2.1 系统结构框图2.2 主控模块方案选择可选用STM32与STC89C52单片机，STM32 是一款以ARM为架构的32位芯片。具有超高的性能和较低的功耗，在引脚与IO口方面，型号不同差异也较大，型号其中STM32F103ZET6型号包含144引脚，其中有112个IO口，IO口采用23.6来供电。而STM32F103RCT6型号仅有64个引脚和51个IO口，存储器片有Flash和SRAM容量大。STC89C52是一款应用最广泛的8位单片机，成本低，功耗也比较低，而且对于新手来说也比较容易上

9、手，内部包含一整套位处理器，能够对特殊功能寄存器的某位直接进行置位，清零。具有8K的Flash存储，256字节RAM，芯片可在0Hz静态逻辑操作，并且在掉电后，RAM内容被保存。本次系统设计的相关功能，以上芯片均可满足，从设计的简易性以及元器件的成本考虑，STM32芯片功能有些多余，而且使用起来也会比STC89C52电路更复杂。综上选择STC89C52作为此次设计的主控模块。2.3 显示模块方案可选用数码管与LCD显示，LED数码管通常用来显示数字和一些简单的符号，由七个LED小灯的8字形组合，控制每个灯的亮灭来显示需要显示的字符，优点是显示清晰，价格低廉，但缺点也很明显，占用I/O口资源较多

10、。图2.3 LED数码管 图LCD1602液晶显示广泛在日常生活中，主要用来数字、字母以及一些特定的符号与图形。体积和质量比较小，规格有16*1，16*2，20*2和40*2行，对I/O口的占用资源较少，驱动的程序也相对简单。图2.4LCD1602液晶显示器 图 此设计中需要显示温度数值、预警值，需要显示的字符较多，数码管无法实现要求，选择16*2规格的LCD液晶可以满足显示要求。因此选择方LCD1602。基于STC89C52的温度检测报警系统第3章 系统硬件设计3.1 单片机最小系统模块最小系统单片机最小系统包括单片机、复位电路、晶振电路构成。复位电路的作用是复位，在单片机接上电源以后，或电

11、源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态。图3.1 单片机最小系统图3.2 STC89C51单片机简介STC89C52是一款应用最广泛的8位单片机，成本低，功耗也比较低，而且对于新手来说也比较容易上手，内部包含一整套位处理器，能够对特殊功能寄存器的某位直接进行置位，清零。具有8K的Flash存储，256字节RAM，芯片可在0Hz静态逻辑操作，并且在掉电后，RAM内容被保存。内部集成32位IO口，16位定时器/计数器，以及中断系统。能够满足大多数系统功能开发。单片机的组成结构图如下。图3.2 单片机内部结构图3.3 晶振电路设计晶振电路，也可以称

12、之为时钟电路，主要提供系统定时操作，电路包含起振电容和晶振，一般电容值选15到33pF，电路中使用的30pF，晶振选择的高频率的11.0593MHz，与单片机的 XTAL1和XTAL2相连，为系统提供时钟信号。具体电路如下图3.2所示。图3.3 晶振电路设计3.4复位电路设计复位电路主要是由电容和电阻串联而成，负责的功能是当系统运行出现卡死或者异常时，按下复位键可以使系统程序重头开始运行。复位电路的工作原理是利用电容的两端的电压无法突变。系统上电后，当检测到RST引脚出现两个周期的高电平时，而高电平的持续时间由电阻和电容来决定的。设计中中选择的电容是10uF，电阻是10K的，根据公式可以知道，

13、10k*10UF=0.1s，引脚接受高电平为0.1s左右后，系统复位。具体复位电路如下图3.3所示。 图3.4 复位电路设计3.5 液晶显示模块3.5 液晶模块简介本课题显示模块选择液晶显示（LCD1602）来显示当前倾角读书以及温度限值。LCD1602液晶显示广泛在日常生活中，主要用来数字、字母以及一些特定的符号与图形。而且体积和质量比较小，规格有16*1，16*2，20*2和40*2行，对I/O口的占用资源较少，驱动的程序也相对简单。LCD1602的共有16个引脚，液晶显示实物图如下所示。表3.5 LCD1602实物图3.6 液晶显示电路设计电路中液晶1号引脚接GND,液晶2号引脚接VCC

14、，3号引脚是液晶的灰度调整，一般时3脚与地之间的电阻阻值为2001.5k，设计中选取的为1K电阻，3脚与电源之间的阻值为10k左右，电阻的数据值选取一定要正确，否则会出现显示不出来的异常现象。液晶的414号引脚接单片机的I/O口，设计中选择单片机的P0口。15脚(A)为背光的电源，16脚(K)为背光的地。显示模块电路图如下图所示。图3.6LCD1602电路图3.6 按键模块3.6.1 按键模块简介按键模块，包含3个功能按键，分别为设置键、参数加按键、参数减按键等。3.6.2 按键模块电路设计3个按键分别于单片机的P3.1、P3.2、P3.3。按键的工作原理为按键电路的一端接地,比如当设置键按下

15、后，与之相连的P3.1号引脚的电压为低，当单片机检测到该端口电位变低时，则开始执行相对应的程序模块，其他按键工作方式同理。按键模块电路如下图3.6示:图3.6 按键模块电路图3.7 温度检测模块DS18B20简介温度传感器（DS18B20）是产自美国DALLAS公司的数字式温度传感器。该温度传感器体积小，成本较为低廉，封装款式多，能够适用于各种环境。DS18B20 采用单线接口方式，仅占用单片机一个数据端口，即可完成双向通讯。使用简单，电路中不需要其他任何元件。并且支持多点组网，即多个温度传感器并联在一起，减少占用单片机的端口资源。但在使用中并联的数量不宜过多，当过多时容易造成电压不足，产生传

16、输不稳，因此使用多点组网时一般使用传感器数量在8个以内。测温范围为-55 +125，因此应用领域广泛，如冷冻库、粮仓、空调、缸体、供冷供热管道等多种测温以及空间狭小等环境。该传感器由于其体积小、数字型输出无需数模转换节省主控芯片资源，得到了广泛使用。下图为DS18B20的引脚图与实物图。图3.7 DS18B20引脚与实物图3.8 温度检测电路设计电路中DS18B20传感器芯片引脚包含GND接地端，DQ为单数据总线端，设计中连接在单片机的P2.2口，VDD为电源正极，还有一个NC为空。表3.8引脚功能GND接地DQ数据输入/输出引脚。对于单线操作： 漏极开路。当工作在寄生电源模式时 用来提供电源

17、（建“寄生电源”节）。VDD可选的 VDD 引脚。工作与寄生电源模 式时 VDD 必须接地。DS18B20中的温度传感器对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达。 这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中。图3.8 温度检测电路图3.9 报警模块系统报警设计中选用蜂鸣器，以9012 PNP型三极管Q3来驱动，主要起到了报警电路的开关以及放大电流的作用。当测量温度的绝对值大于设定的预警值时报警电路开始工作。 报警电路由单片机的P2.3来控制，当端口电平为高时，三级管截止状态，电路断路，报警电路不工作，

18、当端口电平为低时，电路导通，报警电路开始工作。详细报警电路设计如下图3.8所示。 图3.9 报警电路设计基于STC89C52的温度检测报警系统第4章 系统软件设计4.1 系统主程序基于单片机的温度检测报警系统的工作主要是通过主程序来调用各个子程序来完成这整个系统的功能。整个系统主要包含初始化程序、温度数据采集子程序、液晶显示子程序、按键子程序、报警子程序等。 图4.1 主程序流程图系统上电，开始运行时，首先开始执行整个系统各个模块初始化，设置串口，定时器以及中断等，系统初始化结束后，单片机开始读取温度传感器的数据，并将数据转化为温度值。通过按键可以对报警值进行修改，修改后的值进行保存，测量的数

19、据值会与报警值进行比较，当超过限值时，单片机P3.6口给低电平，报警模块开始工作。4.2 按键控制子程序设计按键控制部分主要用来实现对相对温度测量模式以及绝对温度测量模式的切换、开启与暂停、参数设置、参数加减等。按键程序部分的实现方法，采用按键扫描的方法，单片机逐个对按键I/O接口进行检测，通过I/O口电平的高低来判断该按键是否被按下，当I/O的电平为低时，则表示该按键被按下，系统执行对应的程序。为防止出现扫面错误的出现，一般会加入按键消抖的程序，通过二次读取该I/O实现主要实现对异常情况的紧急报警和更改，按键扫描方法是单片机逐行扫描I/O口的电平，当两次的电平值不一样则表示没有被按下，当两次

20、值一样时，则表示被按下。系统开始执行对应的子程序。Key2为设置报警值按键，Key 3参数加，Key 4参数减。详细按键工作流程如下图。图4.2 功能按键程序流程图4.3 显示子程序此次设计中的显示模块选用的是液晶显示LCD1602来显示测量的温度值，报警值等。液晶显示采用的8位的并行通信方式。在整个显示程序的设计中首先进行的是对显示部分的初始化，然后开始写命令和写数据，设定显示位置，然后将所需要显示的字符显示在屏幕上，当上一个字符显示完后，开始显示下一个字符，一直到显示完所有的字符。图4.3 显示程序流程图4.4 温度采集子程序温度检测模块选用的是数字式温度传感器DS18B20，在温度检测中

21、，对温度的读取主要是从DS18B20的RAM中进行读取，芯片中由9个字节存储温度，读取后要进行CRC的比对，读取过程中要严格按照读取的时序进行读取。程序中首先是对DS18B20进行初始化，准备温度的读取，当接收到单片机的读取命令，开始传送温度信息，按照从高到低位开始传输，单片机将数据接收后开始处理，并将处理后的数据显示在显示器上。温度检测程序设计流程图如下。图4.4 温度数据采集程序流程图基于STC89C52的温度检测报警系统第5章 系统调试5.1 硬件调试 硬件调试方面分成三个步骤分别是焊接前检查，通电检查，静态检查。在系统焊接前仔细检查元件清单上的元器件以及所需焊接工具是否齐全。分清楚元器

22、件的正负极，元器件有无明显损坏，发现损坏时，可采用万用表等仪表进行确认，并及时更换相关元器件。然后根据原理图对元器件在洞洞板上进行排版，准备好后进入焊接状态，电烙铁充分预热，焊接时仔细检查，避免出现虚焊、漏焊、错焊。连线时可采用不同颜色的线进行区分，例如电源正极用的是红色线。接地线用黑色线，信号线可以采用黄色线加以区分，布线时不要出现跨越元器件，这样方便后期进行排查。焊接完成后，先进行通电检查，观察现象，当出现发热或者冒烟或者其他现象，立即断电，进行排查。待处理完故障后重新上电检查。静态检查及在信号输入端添加固定电平，进行直流测试，用万用表，检测各个节点的电位结合电路分析，判断电路状态是否正常

23、。图5.1 实物图5.2 软件调试软件调试可分成两个步骤，首先是软件程序调试，软件设计采用KEIL4进行编写，根据功能和进行编写程序，根据软件提示的语法错误和逻辑错误进行修改，仔细确认引脚端口，保证系统能够正常运行，然后编译生成可烧录的hex文件。第二步是将HEX文件烧录到单片机中进行实物联调，观察功能是否实现，进行完善或者修改。5.3 实验分析实验分析部分主要完成对整个系统各个功能的展示，首先给系统供5V的电压，按下电源开关按键，开始观察LCD液晶显示器是否可以正常显示，系统初始默认进如初始状态，显示数据分两行显示，第一行显示系统名称“The temp system”，第二行显示温度数据值。

24、图5.2 实物图限值调整功能：用户可通过按键模块去更改限值以及显示的方式。先调试温度上下限值。按下SET键后，使光标停留在当前位置温度的上限值上，这时可通过温度加按键和温度减按键对数值进行加减，每按下一次后，数值加一或者减一，当再次按下SET键后，光标会移动到下限值，可对下限值进行修改，当数值修改好后，数值保存。系统按照设定值开始运行。 图5.3 实物图温度检测功能：上电后，液晶显示器显示当前温度值，以及温度预警范围，此时我们用手握住温度传感器，可以观察到温度在上升，液晶实时显示温度上升的值，温度的上下限值是设定为22，上限值位41。当低于下限值或者高于时开始报警。 图5.4 实物图总结与展望

25、总结与展望本课题基于单片机的温度检测报警系统，能够实现绝对温度检测、超限报警和预警值进行修改功能，测量范围为-55度至125度。采用STC89C52单片机作为主控芯片，温度传感器DS18B20检测倾角，扩展按键模块、LCD1602液晶显示模块、报警模块，实现测量温度的显示以及超限报警和预警值设定。软件设计部分包含主程序、温度数据采集子程序、液晶显示子程序、按键子程序、报警子程序等。测量范围更大，而且使用简单，携带方便，能耗低，适用范围更加广泛。主要实现功能：1、LCD1602液晶显示； 2、液晶显示温度值，上限值以及下限值；3、测量精确度为0.1度；4、超限报警以及报警值修改；5、测量范围为-

26、55度至125度；基于STC89C52的温度检测报警系统参考文献1 陈国钢.Protues原理图设计与电路仿真就这么简单M.北京：电子工业出版社，2014.2 李群芳，肖看.单片机原理接口与应用M.北京：清华大学出版社，2005. 3 赵负图,传感器集成电路手册,第一版,化学工业出版社,2004,590591 .4 李忠国,陈刚.单片机应用技能实训M.人民邮电出版社,2006.5 薛小铃,刘志群,贾俊荣.单片机接口模块应用与开发实例详解M.北京：北京航空航天大学出版社,2010,1.6 董普松. Protues在单片机系统设计中的应用J. 现代电子技术, 2008.7 詹新生, 张江伟. 基于

27、单片机的1664 LED点阵显示屏的设计J. 电子元器件应用(08):13-15+19.8 王宏民. LED点阵显示屏驱动方案J. 信息技术, 1999(5):1-2.9 林玉池，曾周末.现代传感技术与系统M.北京：科学出版社，2009.10 洪永强,王一菊,颜黄苹.微机原理与接口技术（第二版）M.北京:科学出版社,2009.致 谢致 谢历时将近两个月时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的苦难和障碍，都在同学的老师和帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师，陈香老师。她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦地帮助进行修改和改进。感谢这篇论文所涉及到的各位学者，本文引用了数位学者的

28、研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予了我许多帮助，还在论文和幻灯片的排版中提供热情的帮助。基于STC89C52的温度检测报警系统附录A 原理图附录B 源程序#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定义#define LCD1602 P0sbit SET=P31; /定义调整键sbit DEC=P32; /定义减少键sbit ADD=P33; /定义增加键sbit BUZZ=P36; /定义蜂鸣器sbit ALAM=P12;/定

29、义灯光报警sbit ALAM1=P14;sbit DQ=P37; /定义DS18B20总线I/Osbit RS = P27;sbit EN = P26;bit shanshuo_st; /闪烁间隔标志bit beep_st; /蜂鸣器间隔标志uchar x=0; /计数器uchar code tab1=Now Tem: . C ;uchar code tab2=TH: C TL: C;uint c;uchar Mode=0; /状态标志signed char TH=40; /上限报警温度，默认值为40signed char TL=10; /下限报警温度，默认值为10/=/=DS18B20=/=

30、/*延时子程序*/void Delay_DS18B20(int num) while(num-) ;void delay(uint xms)/延时函数，有参函数uint x,y;for(x=xms;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/*初始化DS18B20*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 Delay_DS18B20(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 Delay_DS18B20(80); /精确延时，大于480us DQ = 1; /拉高总线 Delay_DS18B20(14)

31、; x = DQ; /稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败 Delay_DS18B20(20);/*读一个字节*/unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; Delay_DS18B20(4); return(dat);/*写一个字节*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned ch

32、ar i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; Delay_DS18B20(5); DQ = 1; dat=1; /*读取温度*/unsigned int ReadTemperature(void) unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); /启动温度转换 Init_DS18B20(); WriteOneChar(0x

33、CC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器 a=ReadOneChar(); /读低8位 b=ReadOneChar(); /读高8位 t=b; t1200)c=1200;/*液晶写入指令函数与写入数据函数，以后可调用*/void write_1602com(uchar com)/*液晶写入指令函数*RS=0;/数据/指令选择置为指令/rw=0; /读写选择置为写LCD1602=com;/送入数据delay(1);EN=1;/拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备delay(1);EN=0;/en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令void writ

34、e_1602dat(uchar dat)/*液晶写入数据函数*RS=1;/数据/指令选择置为数据/rw=0; /读写选择置为写LCD1602=dat;/送入数据delay(1);EN=1; /en置高电平，为制造下降沿做准备delay(1);EN=0; /en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令void lcd_init()/*液晶初始化函数*uchar a;write_1602com(0x38);/设置液晶工作模式，意思：16*2行显示，5*7点阵，8位数据write_1602com(0x0c);/开显示不显示光标write_1602com(0x06);/整屏不移动，光标自动右移write_1602com(0x01);/清显示write_1602com(0x80);/日历显示固定符号从第一行第1个位置之