温度报警器课程设计.pdf
温度报警器 1 一 温度报警器系统总体设计方案 通过 PT100 热敏电阻对温度进行采集，随着温度的变化，PT100 的阻值也会随着变化，则通过自制的桥式测温电路的分压也会发生变化，由于变化的分压不是很大，所以采取 UA741CN 放大器将变化的电压进行放大，放大到 AD0801 模数转换器能够处理的范围之内。经模数转换后的温度信号传入到 AT89S52 单片机，再由单片机控制继电器、蜂鸣器和数码管来实现温度控制、报警、显示的功能。当温度在 18 度至 70 度之间时，系统正确显示温度，当温度超出这个范围时系统在显示温度的同时发出警报声。系统原理图见图 1-1 所示：图 1-1 温度报警器系统 AT89S52 单 片 机 温度 检测 AD0801 模数转换器 LED 显示 蜂鸣器 继电器 温度报警器 2 二 系统硬件 2.1 单片机 由于温度报警器的核心就是单片机，单片机的选择将直接关系到控制系统的工作是否有效和协调。本设计采用 MCS-51 系列的 AT89S52 单片机，因为 AT89S52单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。8051 包含了 8 位 CPU，片内振荡器，8K 字节 ROM,256 字节 RAM,3 个 16 位定时器/计数器等。AT89S52 的管脚分配如图 2-1 图 2-1 AT89S52 的管脚分配图 2.2 温度采集电路 2.2.1 PT100 温度传感器 PT100 温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：测量范围：-200+850；允许偏差值：A 级（0.15+0.002|t|），B 级（0.30+0.005|t|）；最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm；允通电流5mA。因为 PT100 是将温度转换为电阻，而单片机处理的为数字电压信号，则要将电阻转换为电压，同时对电压信号进行放大后输入 A/D 转换 ADC0801 的 VI+端口。温度报警器 3 2.2.2 桥式测温电路 桥式测温的典型应用电路如图 2-2 所示 图 2-2 桥式测温电路 测温原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 构成测量电桥（其中 R1R2，VR2 为 100精密电阻），当 Pt100 的电阻值和 VR2 的电阻值不相等时，电桥输出一个 mV 级的压差信号，这个压差信号经过运放 UA741 放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连 AD 转换芯片。差动放大电路中 R3R4、R5R6、放大倍数R5/R3，运放采用单一 5V 供电。2.3 A/D 转换电路 2.3.1 ADC0801 介绍 ADC0801 是 8 位全 MOS 中速 A/D 转换器、它是逐次逼近式 A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接。其主要引脚功能如下：（1）RD，WR：读选通信号和选通信号（低电平有效）。（2）CLK：时钟脉冲输入端，上升有效。（3）DB0DB7 是输入信号。（4）CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与 CLKIN 端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为 1/1.1RC。（5）CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 转换器被选中，可启动。（6）WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，CS、WR 同时为低电平时，启动转换。(7)INTR：转换结束输出信号，低电平有效，输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。（8）CLK:为外部时钟输入端，时钟频率高，A/D 转换速度快。允许范围为10-1280KHZ，典型值为 640KHZ，此时，A/D 转换时间为 10us。通常由 MCS51单片机 ALE 端直接或分频后与其相连。当 MCS 单片机与读写外，RAM 操作时，ALE信号固定为CPU 时钟频率的1/6，若单片外接的晶振为6MHZ，则 1/6 为 1MHZ。温度报警器 4 2.3.2 A/D 转换电路工作原理 ADC0801 的 A/D 转换结果输出端 DB0DB7 与 8051 的 P0.0-P0.7 相连。RD 与AT89S52 RD 相连，WR 也是跟 AT89S52 WR 相连。CS、VIN+接地。（低电平有效）ADC0801 的两模拟信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与 WR同时为低电平 A/D 转换器被启动切在 WR 上升沿后 100 模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时，INTR 自动变为低电平，表示本次转换已结束。如 CS、RD 同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在 RD 高电平到来后三态门处于高阻状态。A/D 转换电路如图 2-3 所示。图 2-3 A/D 转换电路图 温度报警器 5 2.4 温度显示电路 2.4.1 LED 数码管显示原理 共阴数码管管脚分配如图 2-4 所示：图 2-4 数码管显示原理 三、系统软件设计 3.1 软件设计思路 软件设计的任务包括启动 A/D 转换、读 A/D 转换结果、温度显示等，其中启动 A/D 转换、读 A/D 转换结果、温度显示、温度控制等工作都在主程序中完成。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 b c f e a g d 温度报警器 6 3.2 程序流程 程序流程图如图 3-1 所示：图 3-1 程序流程图 系统初始化 启动 AD 转换 读取 AD转换的结果 数码管显示 判断温度 蜂鸣器报警 开始 继电器控制 温度报警器 7 电路原理图 温度报警器 8 3.3.源程序清单：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit JRC=P31;sbit FM=P30;uchar data led4;unsigned char code tab=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/*1ms 延时函数*/delay(int t)int i,j;for(i=0;it;i+)for(j=0;j50;j+);void start()wr=1;wr=0;wr=1;/*温度报警器 9 LED 数码管（显示）功能子函数*/void display(uint tvdata)uint k,temp;P2=0 x00;k=tvdata%10;temp=tabk;P2=temp;delay(1);P1=0 x00;k=tvdata/10;temp=tabk;P1=temp;delay(1);/*主函数开始*/void main()uchar k,wendu;uint advalue;while(1)start();k=k;k=k;rd=0;温度报警器 10 advalue=P0;rd=1;k=k;k=k;advalue=advalue*(1.94);switch(advalue)case 448:d=18;break;case 449:d=19;break;case 450:d=20;break;case 451:d=21;break;case 452:d=22;break;case 453:d=23;break;case 454:d=24;break;case 455:d=25;break;case 456:d=26;break;case 457:d=27;break;case 458:d=28;break;case 459:d=29;break;case 460:d=30;break;case 461:d=31;break;case 462:d=32;break;case 463:d=33;break;case 464:d=34;break;case 465:d=35;break;case 466:d=36;break;case 467:d=37;break;case 468:d=38;break;case 469:d=39;break;case 470:d=40;break;温度报警器 11 case 471:d=41;break;case 472:d=42;break;case 473:d=43;break;case 474:d=44;break;case 475:d=45;break;case 476:d=46;break;case 477:d=47;break;case 478:d=48;break;case 479:d=49;break;case 480:d=50;break;case 481:d=51;break;case 482:d=52;break;case 483:d=53;break;case 484:d=54;break;case 485:d=55;break;case 486:d=56;break;case 487:d=57;break;case 488:d=58;break;case 489:d=59;break;case 490:d=60;break;case 491:d=61;break;case 492:d=62;break;case 493:d=63;break;case 494:d=64;break;case 495:d=65;break;case 496:d=66;break;case 497:d=67;break;case 498:d=68;break;case 499:d=69;break;case 500:d=70;break;温度报警器 12 wendu=d;display(advalue);if(wendu70)FM=0;delay(1);温度报警器 13 四 结论 热敏电阻采集到温度后经 A/D 转换成信号送入单片机，经过数码管显示出温度，同时判断是否超出了 18 度至 70 度的范围，超出了则断开开关并启动蜂鸣器发出警报声，若没有超出就自然显示温度。该温度报警器在 proteus 中仿真理论上基本可以实现，但是在仿真过程中还是发现了 LED 数码管显示并没有按照程序设定的一个温度值一个温度值的变化，而是两个温度值两个温度值的变换。温度报警器 14 五 心得体会：我个人觉得可能是 proteus 数字仿真软件在仿真过程中存在延迟或者是误差，还有一个原因就是LED 动态显示程序的延迟程序存在一些问题。在制作过程中我们也体验了从电路图的绘制到元器件的焊接组装调试的全过程。为做设计我查阅了大量资料：PT100 铂金属温度传感器实用说明书、AT89S52 单片机数据手册、LED 数码管资料、继电器工作原理、proteus 单片机仿真入门、keil uvision3学习资料、AD0801 的数据手册等等。在这个过程中我遇到了很多问题，也解决了很多问题，对提升我发现问题并解决问题的能力有很大的帮助，也是我参加工作前的一次大练兵，让我在以后从事相关工作的时候更得心应手。温度报警器 15 六 参考文献 1 何立民.单片机应用系统设计M.北京：清华大学出版社，2005 2 吴金戎.8051 单片机实践与应用M.北京:清华大学出版社，2005 3 胡斌.图表细说电子元器件M.北京：电子工业出版社，2005 4 王福瑞.单片微机测控系统设计大全M.北京：电子工业出版社，2006 5 姜志海.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，2005 6 黄正祥，邓怀雄，郭延文，周书.基于 MCS-51 单片机的温度控制系统J.现代电子技术，2005，6：20-21 7李伙友.基于 MCS-51 的温度控制器的设计J.龙岩学院学报，2006，24(6):16-18 8关平，刘红，林强.可实现的基于 MCS-51 单片机的恒温控制系统的设计J.自动化技术与应用，2008，27(10)：108-110 9北京亿学通电子.PT100 铂金属温度传感器使用说明书 10马忠梅，籍顺心，张凯，马岩.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2007
