基于单片机的仓储温度测控系统的设计[33页].docx

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1、最新资料推荐 毕业设计说明书基于单片机的仓储温度测控系统的设计 学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013 年 6 月最新精品资料整理推荐，更新于二二一年一月十九日2021年1月19日星期二20:00:13摘 要温度监测与控制是个生产工艺流程极为重要的环节，自古以来就受到人们的关注，与人们的生活息息相关。近年来，随着社会的发展，人们对温度监控的精度以及范围等有了更高层次的要求，无论是在工农业生产或科学研究方面，对温度监控都尤为重要。因此对温度监控的研究设计十分必要。本课题介绍了以STC89C52单片机为控制核心，DS18B20作为传感器的集采集、处理、显示、自动控制为一体的

2、仓储温度测控系统。整个系统中，以PC作为上位机监控模块，STC89C52单片机作为下位机控制模块，上位机与下位机数据传输与交流以串口通信的方式进行。本文采用智能温度传感器DS18B20进行温度的采集与转换，其具有测温范围宽，精度高等优点，同时具有单总线接口，从而使得电路设计更加简洁。STC89C52单片机具有运算速度快，处理能力强等特点，使其在温度测控系统中成为一个极为重要的组成部分，伴随着电子技术的发展，利用单片机进行温度测控，将成为发展趋势。该系统同时设置温度显示模块与报警装置，可人为地控制温度上、下限，可自动调节温度，使用户可以更好的对温度进行控制。关键词：单片机、DS18B20、温度监

3、控AbstractTemperature monitoring and control is a very important part of the production process, since ancient times by people concerned with peoples lives. In recent years, with the development of society, people on the accuracy of temperature monitoring and scope have higher level requirements, bot

4、h in industrial and agricultural production, or scientific research, are particularly important for temperature monitoring. So the temperature monitoring study design is necessary.This topic introduces the STC89C52 microcontroller core, DS18B20 sensor set as the collection, processing, display, auto

5、matic control as one of the storage temperature monitoring system. Throughout the system, the PC as a PC monitor module, STC89C52 microcontroller as the next-bit machine control module, the PC and the next crew to serial data transmission and exchange of communication manner. In this paper, intellig

6、ent sensor DS18B20 temperature acquisition and conversion, which has a wide temperature range, high precision, but also has a single bus interface, which makes circuit design more concise. STC89C52 microcontroller with a computing speed, processing power and other characteristics, so that in the tem

7、perature measurement and control systems to become a very important part, along with the development of electronic technology, the use of single-chip temperature measurement and control, will become a trend. The system is also set temperature display module and alarm device, can artificially control

8、 the temperature, the lower, it can automatically adjust the temperature, so that users can better control the temperature.Keywords: microcontroller, DS18B20, temperature monitoring.目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪 论11.1课题背景及意义11.2国内外研究现状11.3研究内容21.3.1设计指标与参数21.3.2设计目标22.1方案选择32.2方案论证42.3系统工作原理概述5第三章 硬件

9、电路设计63.1 单片机的设计63.1.1 单片机的选择63.1.2 STC89C52单片机功能特性63.1.3 引脚功能(摘自参考目录中单片机原理及应用一书）73.2 温度传感器的设计93.2.1 DS18B20温度传感器的特点93.2.2 DS18B20引脚定义93.2.3 DS18B20工作原理103.2.4 DS18B20与单片机连接113.3 串口通信123.4 输入模块123.5 显示电路133.5.1 数码管的选择133.5.2 LED数码管工作原理133.5.3 LED数码管显示方式143.6 蜂鸣报警器设计153.7 继电器电路设计163.8 电源电路设计16第四章 系统软件

10、设计184.1 软件设计原则184.2 程序结构分析184.3 温度信号处理子程序204.4 键盘输入模块扫描子程序214.5 数码管显示子程序224.6 继电器控制子程序224.7 报警子程序234.8 串口通信子程序23总 结25参考文献26附 录28第一章 绪 论1.1课题背景及意义温度是一个普遍但又极为重要的参数，在工业生产，科学研究等诸多领域对温度的控制与检测都有极高的要求。在日常生活中，人们时刻都在关注温的变化，但在不同的历史时期，或不同的生产科研领域，对温度的测量精度，测量方法都有不同的要求，因此所用到的测量元件，测量系统就有所差异。随着社会的发展，人们对测温精度、控制范围的要求

11、也越来越高，有时极小的温度差异也会对工业生产，科研等带来极大地影响。在仓储环境中，对环境温度的检测控制显得尤为重要。传统的温度测量方法即使用温度计对环境温度进行测量，然后根据环境对温度的要求再选择加热或降温处理，这种测控方法不仅流程繁琐，需要大量的人力物力，又不能对超出控制范围的情况作出即时反应，对生产、储藏带来极大的影响，同时，满足不了当今社会人们对温度检测控制精度的要求，给生产、科研等带来不必要的麻烦。因此，这就要求有一种新的，能够对温度变化做出即时反应的高精度温度测控系统。近年来，随着电子技术和微型计算机技术的迅速发展，利用微机以及电子技术进行测控的应用也得到了长足的进步。运用计算机、单

12、片机等进行度温度测量与控制，不仅可以节省大量时间，人力物力等，且更能够达到当今社会人们对温度精度的要求，这将逐渐成为温度测控的主流方法。1.2国内外研究现状现在世界各国温度测控系统技术发展很快，很多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。伴随着科学技术的发展，利用单片机，传感器进行温度测控将越来越多的得到应用。近年来温度检测在理论上发展较成熟，但是在实际应用中，如何保证实时的，快速的对温度进行检测，传输，并能够快速的做出响应控制，仍是需要解决的问题。温度检测技术中，接触式测量发展较早，同时检测精度也较高，操作简单，但却不能实时的进行数据传输，使得响应速度慢，不能更好的控制温

13、度，难以满足现代科学技术对温度快速控制的要求。现代信息技术基础是信息采集、信息传输、信息处理，而传感器则是信息采集的尖端技术，尤其是温度传感器被广泛应用于各生产工艺中，数量高居各传感器之首。国际上，新型传感器正从模拟式向数字式，由集成化向智能化网络化的方向发展。在20世纪90年代中期最早推出的智能化温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度低分辨率只能达到1。国外已相继推出多种高精度、高分辨率的智能温度传器，其中DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的适配微处理器的改进型智能温度传感器。目前，物联网概念的逐渐普及，基于单片机的数据采集与处理系统，已在各领域得到广泛应用。相对于国外

14、，国内在温度控制系统的研究方面起步较晚，与国外发展水平还有相当大的差距，但是，国内具有最大的市场，如果，大中型企业将温度控制系统引入生产，可以降低消耗，控制成本，极大的提高生产效率。1.3研究内容随着电子技术的发展，温度监控领域也发生了翻天覆地的变化，基于单片机的温度监控系统因其操作简单，性价比高，同时具有极高的精确度和分辨率，使得传统的测控技术将被逐渐取代。本设计主要任务是以单片机为核心器件设计出能对仓储温度进行实时的检测与控制的系统，设计要求不仅能正确的显示即时温度，而且还要求在温度值超出所规定的温度范围时要由相应的温度控制模块对仓库内的温度进行及时的降温或升温处理，以维持温度在所要求的范

15、围内。1.3.1设计指标与参数温度测量范围：-30+50；测量精度：0.5；显示方式：分时四位显示；报警方式：三极管驱动的蜂鸣音报警。1.3.2设计目标根据设计要求，设计出能对仓库进行实时检测与控制的系统，该系统能精确测量采集仓库内温度，并能够将数据送至单片机中进行处理，通过相应的温度控制模块对仓库内温度进行升温或降温，使仓库内温度能够保持在规定范围内，同时，系统还设有显示模块与报警模块，键盘输入模块，使对温度的监控更加方便与灵活。第二章 系统总体设计2.1方案选择1.方案一选用传统的温度传感器，用电位器设定温度上下限，将反馈的温度值与设定的温度值进行比较，通过负载进行加热或降温处理。此方案是

16、传统的一位式模拟控制方案，采用模拟电路，其特点是电路结构简单，易于实现，但是易受环境影响，并且不能实现复杂的控制算法，调节频繁，不稳定，精确度不高，不能用数码管显示温度值，不能用键盘输入。工作原理框图如图2-1所示。继电器信号放大比较器温度传感器温度预置负载信号放大图2-1 方案一原理框图2.方案二采用传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但是采用上下限比较电路，所以控制精度有所提高。这种方案还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度更高，而且不能用数码管显示。其工作原理图如图2-2所示。负载固态继电器信号处理上限比较信号放大信号采集温度预置下限比较图2-2 方案二原

17、理框图3.方案三采用智能温度传感器DS18B20，将采集到的信息直接转化为数字量输出，通过单片机控制温度上下限，用外部电路产生显示和控制加热及降温，并设置键盘输入模块，LED显示模块，温度控制模块，报警模块等，便于温度控制。其原理框图如图2-3所示。LED显示模块下位机控制模块(STC89C52)通信模块上位机监控系统温度检测模块继电器键盘输入模块报警模块温度控制器图2-3 方案三原理框图2.2方案论证方案三中采用STC89C52单片机作为控制器，单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程来实现各种控制算法和逻辑控制。同时单片机系统可用数码管显示仓库内实际温度，可用键盘输入所需要的控制值。不需

18、要外扩展存储器，使系统设计更为简单。DS18B20温度传感器是一种分布式温度测量系统智能温度传感器，提供9位（二进制）温度读数，数据经单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从处理器到DS18B20仅需要一条线，减少系统布线。另外，其电源可有数据线提供而不需要外接电源，使的系统设计更加简单清晰。与其他方案相比，方案三不易受到周围环境的干扰，且测量精度高，系统电路设计相对简单，成本较低，能够达到任务要求，所以本次设计采用方案三。2.3系统工作原理概述本课题中所使用的温度控制系统是以单片机为核心控制器的单总线控制系统。以PC机作为上位机检测模块，单片机作为下位机控制模块，同时外围模块

19、包括键盘输入模块，智能温度传感器DS18B20，温度控制模块，报警模块，LED显示模块以及串口通信模块。通过智能温度传感器对仓库内的温度进行采集，并将温度值转换为数字信号，直接传送至单片机中，通过由键盘输入模块输入的温度范围进行计较，如当前温度超出了所要求的温度范围，报警器会立即报警，同时单片机驱动温度控制模块进行相应的升温或降温操作，并将数据储存在单片机中，而且单片机还会通过串口通信的方式把数据传送至PC机中，将数据保存在上位机中，显示模块则负责对仓库内温度的实时显示。第三章 硬件电路设计3.1 单片机的设计3.1.1 单片机的选择STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片

20、内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置8位中央处理器和Flash存储单元，在电子行业中有着广泛应用。其管脚图如图3-1所示。图3-1 STC89C52单片机管脚图3.1.2 STC89C52单片机功能特性 1、兼容MCS51指令系统。2、8KB可反复擦写Flash ROM。3、32个双向I/O口。4、2568bit内部RAM。5、3个16位可编程定时/计数中断。 6、时钟频率0-24MHz。 7、4个外部中断源，一个7向量4级中断结构。 8、2个

21、读写中断口线，3级加密。3.1.3 引脚功能(摘自参考目录中单片机原理及应用一书）STC89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和GND（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源

22、的正负端。P0-P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。P0口：P0口是一个8位漏极开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。也可定义为数据/地址的第八位。Flash编程过程中，P0作为原码输出口，校验时，会由P0口输出原码，但是这时需要拉高P0外部电源。P1口：P1口是一个8位双向I/O口，可以由内部提供上拉电阻。P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这时由于内部上拉的缘故。在Flash编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。与AT89

23、C51不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入，此时，P2口的管脚电位被外部拉低，输出电流。P2口也可用作外部程序存储器或16位地址外部数据存储器，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，他利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在Flash编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口

24、管脚是8个带有内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口会输出电流。当P3口作为特殊功能口时，其具体功能如表3-1所示。表3-1 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2INT0(外中断0) P3.3INT1(外中断1) P3.4T0（定时/计数器0外部输入） P3.5T1（定时/计数器1外部输入） P3.6WR（外部数据存储器写选通） P3.7RD（外部数据存储器读选通）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的

25、输出电平用于锁存地址的低位字节。在Flash编程期间，用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。所以他可以用于对外部输出的脉冲或用于定时。需要注意的是：当作为外部数据存储器使用时，将跳过一个ALE脉冲。如果禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令时ALE才起作用。另外，该管脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，则置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号，当外部程序存储器进行读取指令时，每个机器周期两次/PSEN有效。然而，在访问外部数据存储器时，这两次有效信号是无效的。EA/V

26、PP在/EA是低电平时，这时外部程序存储器，无论有没有内部程序存储器。/EA在加密方式为1时将会锁定RESET；另一方面，/EA是高电平时，内部程序存储器。当在进行FLASH时，也可用作12V电源。3.2 温度传感器的设计3.2.1 DS18B20温度传感器的特点1、 独特的单线接口方式，DS18B20在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、 测温范围 55+125，固有测温误差0.5。3、 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。4、 可以

27、直接通过数据线供电，电压范围是3.0V到5.5V。5、 DS18B20是可编程的，分辨率为9到12位，12位最多在750ms内吧温度转换为数字值。6、 负电压特性，当接反电源极性时，温度计不会因为发热而烧毁，但此时不能正常工作，接反是导致该传感器总是显示85的原因。3.2.2 DS18B20引脚定义1、 DQ：数字信号的输出/输入端。2、 GND：接地。3、 VDD：当采用寄生电源工作方式时，接地；当采用外接供电电源工作方式时，作为输入端。3.2.3 DS18B20工作原理智能温度传感器DS18B20主要由64位ROM、温度传感器、高速缓存器、配置寄存器等部分组成。因为晶振的温度系数比较低，所

28、以振荡频率受温度变化的影响不大，生成的脉冲信号的频率是固定不变的，并会将此脉冲信号传送给减法计数器1；另一方面，当晶振的温度系数比较高时，所受到的温度的变化的影响就会比较大，会将生成的脉冲信号传送给减法计数器2，当打开计数门之后，DS18B20就会开始对由低温度系数振荡器所产生的时钟脉冲计数，从而完成对温度的测量。高温度系数振荡器决定着计数门的开启时间，温度测量前，-55所对应的基数会被分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1主要的工作是对低温度系数晶振所产生的固定频率的脉冲信号实施减法计数，减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值加1，这时减法计数器的预置将会被重新装入，减法计数器

29、1又会重新开始对脉冲信号计数，此后会一直循环此过程，直到减法计数器2计数到0，这时才会终止温度存储器的累加，温度寄存器中的数值就是当时所测得的温度值。斜率累加器的主要工作是修正并且补偿温度测量过程中的非线性，斜率累加器的输出可以修正减法计数器 的预置值，重复以上过程直到计数器关闭，当温度寄存器的值到达被测温度时测量过程停止。其工作原理如图3-2所示。存储器和控制器64位ROM和单线接口温度灵敏元件高速缓存存储器低温触发器TL电源检测高温触发器TH配置寄存器8位CRC生成器图3-2 DS18B20工作原理图3.2.4 DS18B20与单片机连接DS18B20有两种工作方式，一种是寄生电源工作方式

30、，在这种供电方式下，GND管脚和VDD管脚都要接地，DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。在温度转换期间，DS18B20工作电流可达1mA，因此，当多个传感器使用同一根I/O线时，只靠4.7k上拉电阻不足以提供相应的能量，造成较大误差。另一种连接方式为外部电源供电，传感器工作电源由VDD引脚接入，GND接地，DQ管脚与单片机连接。此时I/O不需要强上拉，没有电源欠流问题，可以保证测量精度。在本次的设计中，采用的就是外接电源的工作方式，因为要对温度进行多点检测，所

31、以要使用多个传感器，以便对仓库内不同的地点采集温度，在本次设计中使用了两个智能温度传感器，智能温度传感器之间通过DQ管脚并联在一起，每个传感器的VDD管脚都与5V电源相连，GND管脚接地。当DS18B20完成对温度的采集之后，会在内部将电流转换为电压信号，然后通过DQ管脚将数字量直接传送到单片机中，单片机就会对传送来的数字信号进行处理。其与单片机的连接电路图如图3-3所示。图3-3 DS18B20与单片机连接原理图3.3 串口通信设计中，需要实现单片机与上位机之间的信息传输，所以需要设计专门的通信模块。计算机与终端之间的数据传输方式有串行通信和并行通信两种，串行通信方式相对占用的线路比较少，成

32、本也相对的比较低，所以串行通信的方式被广泛采用，在串行通信中，为了使不同的设备之间可以方便的连接起来，因此通讯双方必须采用一个标准接口。其中，RS-232串行接口是目前使用最为广泛的通信接口。串口通信电路如图3-4所示。由于单片机的串口是TTL电平的，信号电压是+5V，而上位机的串口是RS-232电平，信号电压+10-10V，所以，为了使两者之间能完成正常的通信，采用MAX232电平转换电路进行电平转换，MAX232是美信公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片。STC89C52图3-4 串口通信电路图3.4 输入模块单片机系统中，按键式键盘是最常用的，行线上输出电压的高低电平反应

33、出键的闭合与否，如果输出低电平表示按键断开，反之为闭合。通过检测行线高低电平，来确认按键是否闭合。键盘可分为编码键盘和非编码键盘，非编码键盘有两种结构：独立式键盘和矩阵键盘。独立式键盘的特点是一键一线，每个按键分别接一条I/O口线，每个键之间是相互独立的，相互之间没有影响，通过检测各I/O口线的电平状态即可判断按键是否被按下。按键的开关通过一定电路转换为高，低电平状态，闭合过程在相应的端口形成一个负脉冲。但是，按键的闭合与释放都需要一定的过程才能达到稳定状态，此时处于闭合与释放之间的一种不稳定状态，称为抖动，为了避免多次处理一次按键闭合，应该采取措施消除抖动。本次设计采用独立式键盘，四个按键控

34、制系统程序的运行，温度控制调节与显示等。其工作原理图如图3-5所示。图3-5 键盘输入模块电路图3.5 显示电路3.5.1 数码管的选择LED数码管以其低廉的价格，稳定的显示效果，被广泛应用在显示模块中。同时其具有使用灵活，显示清晰，设计简单等特点，并符合本设计显示要求，因此，本设计中采用LED数码管显示器作为显示电路。3.5.2 LED数码管工作原理LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，根据内部发光二极管的接线形式，LED数码管可以分为共阳极和共阴极两种，共阳极LED显示器的发光二级管的阳极连接在一起，此共阳极接正电压，当某个发光二级管的阴极处于低电平时，相应的发光二

35、级管就会发亮，从而相应的段被显示出来。共阴极LED显示器则与共阳极恰好相反，共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，共阴极接地，若发光二级管的阳极为高电平，那么这个二极管就会发亮，相应的段就会被显示出来，由此起到显示电路的功能。在本次设计中采用的是共阳极LED数码管显示器。3.5.3 LED数码管显示方式用单片机驱动LED显示，按显示方式分，有静态显示和动态显示，静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据输出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新是时，再传送一次数据，此种显示方式显示数据稳定，同时占用很少的CPU时间。而动态显示则需要CPU时刻对显示数据进行刷新，显

36、示数据具有闪烁感，占用的CPU时间多。两种显示方式各有利弊，静态显示虽然数据稳定，占用CPU时间少，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，占用硬件资源较多，且不能实时的对数据进行显示。动态显示虽然有闪烁感，占用CPU时间较多，但是占用硬件资源少，能节省线路板空间，且可以实时的显示动态数据。数码管显示需要对单片机出来的数据进行译码后才能显示，本设计使用74LS138译码器进行译码。同时因驱动能力的限制，本设计采用MC1413驱动器进行驱动。74LS138 为3线8线译码器，当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码

37、在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。MC1413工作电压高，工作电流大，灌电流可以达到500mA,并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。根据设计要求，显示模块要做到四位实时显示，若采用静态显示方式，不仅电路设计复杂，还不能实时的显示温度数据，所以采用动态显示方式，而因为闪烁频率和人眼视觉暂留效应，并没有较高的闪烁感，同时，节省了硬件资源，降低成本。其电路原理图如图3-6所示。本设计采用4位数码管显示，由按键控制分时显示实时温度或设定温度值。4位数码管显示可由单片机控制显示3050之间的温度范围，精度可达到0.5，数码管第一位显示正负号，后三位显示温度值大小。图3-

38、6 LED 数码管与单片机连接电路图3.6 蜂鸣报警器设计报警电路设计较为简单，主要由三极管、蜂鸣器、发光二极管组成。以单片机的一个引脚作为驱动来源，智能温度传感器采集到不同地点的温度值，下位机控制系统通过扫描方式获得各点温度值，处理后送至上位机监控模块判断是否超出控制范围，如果温度超出了允许范围，上位机会通过串口将相应的数据传送至单片机中，这时，单片机的P1口就会输出一个低电平，从而三极管得以导通，蜂鸣报警器开始报警，同时，发光二级管发光。相反，如果温度在要求范围之内，报警电路不会发出报警信号。报警电路图如图3-7所示。图3-7 报警电路图3.7 继电器电路设计继电器是一种电控制器件，是当输

39、入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。电磁继电器因其简单的原理以及方便的操作而得到广泛应用。所谓电磁继电器就是利用输入电路内电路在电磁铁铁芯与衔铁之间产生的吸引力而工作的一种电气继电器。设计中使用P0.4口和P0.5口来控制继电器，继电器在电路中起到开关的作用，当温度超出控制范围时，分别由单片机控制两个继电器闭合与断开，继电器控制之后的接线端P1，负载通过接线端与电磁继电器相连，进行加热或降温处理。其电路图如图3-8所示。图3-8 继电器电路设计3.8 电源电路设计本次设计需要5V直流电源，但仓库内输入电压为220V的电网电压，需要自己设计。

40、其原理图如图3-9所示。电网电压经变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路输出5V直流电压。变压器设计较为简单，即将220V电网电压转换为5V交流电。下一步整流电路采用单向桥式整流电路，单向桥式整流电路利用二极管的单向导通性使四个二极管交替导通，从而输出一个单向脉冲电压。下一步由滤波电路对得到的脉冲电压进行滤波，滤波电路是由电容来实现的，当脉冲电压加载到电容两端时，对电容进行充电，相反的，电容放电，由此，电容充放电过程减缓了脉冲的变化幅度，起到滤波的作用。选择LM7805作为稳压电路的集成稳压器。LM7805操作简单，价格低廉，是我们最常使用的稳压芯片，其内部设有过流保护、过热保护，而且设计5V

41、电源的电路比较简单，所以在本次设计中被作为稳压电源。图3-9 电源电路图第四章 系统软件设计4.1 软件设计原则为了能正确的的完成对软件部分的设计编程，尽可能的提高程序和硬件系统的可运行性，软件设计遵循以下原则：提高单片机的抗干扰性，单片机的抗干扰性直接关系到整个系统的抗干扰性，单片机最常见的干扰现行就是复位，为了解决这一问题，可以在系统的设计过程中专门设计一个“看门狗”监控模块，以便在系统出现干扰现象时，将系统重启，并在断点处继续执行重启前的指令。提高代码的使用效率，代码的使用效率是软件设计中一个很重要的衡量指标。代码的使用效率可以通过试验每条C语言编译以后所对应的汇编语言的语句数量来表示。

42、提高系统的可靠性与稳定性，系统的可靠性与稳定性可以通过上电、掉电测试，单片机功能的完善性与系统的损耗性来评估。4.2 程序结构分析设计中，主程序共调用7个子程序，分别是温度信号处理程序、键盘输入模块的扫描程序、数码管显示程序、继电气控制程序、报警程序、单片机和上位机的串口通信程序。主程序作为整个检测系统的监控程序，对整个程序进行协调运行。运行开始，首先对整个程序进行初始化处理，之后调用温度信号处理程序，对周围温度进行测量，同时读取环境温度值，并将信号送至单片机，再经过串口通信的方式传送至上位机，同时由温度显示模块将测得的温度实时显示出来，通过对温度上下限的对比，来确定是否要发出报警信号，通过调

43、用继电器控制子程序来启动制冷或加热设备。其具体的主程序流程图如下图4-1所示。 开始 系统初始化 测试子程序 温度送至上位机 是否按下测温键 显示温度清楚显示子程序 是否按下清除键 清楚显示子程序 继电器控制 图4-1 系统主流程图4.3 温度信号处理子程序智能温度传感器DS18B20是单总线元件。首先，DS18B20进行复位，并写入跳过ROM的字节命令，0XCC，写入进行转换的功能命令，0X44，延迟750900ms。然后对DS18B20进行复位，并写入跳过ROM的字节命令0XCC，随后写入读取暂存的功能命令0XBE，读入第0个字节转换结果的低八位和第1个字节的转换结果的高八位，所有操作完成

44、后，DS18B20就会再次复位，读暂存数据结束。之后整合以上操作所读入的两个字节，并判断出数据的正负情况，转化为10进制。其流程图如图4-1所示。 开始 DS18B20 初始化 温度转换 温度值译码 结束图4-2 温度信号处理子程序4.4 键盘输入模块扫描子程序设计采用独立式扫描键盘，独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一个I/O口线，一根I/O口线上的工作状态不会影响其他口线状态。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断那个按键被按下。程序设计通常采用查询法，假设键盘扫描子程序应具有以下功能：1、 判定有无按键动作。2、 去抖动。3、 确定是否真正有闭合键。4、 判定闭合键是否释放。开始5、 恢复闭合键键码。N有键按下Y去抖动N确实按下Y 计算保存键值N调用延时按键释放Y 恢复键值返回图4-3 键盘输入扫描子程序框图4.5 数码管显示子程序本设计可以实时的显示仓库内温度，用到显示模块控制子程序。同时本设计使用了MC1413作为LED的驱动器。首先，要完成对5个控制寄存器的初始化，即完成对译码寄存器、显示亮度寄存器、扫描范围寄存器，关闭寄存器、显示测试寄存器的初始化。然后送18个显示数据，在传送完控制字后，可以根据实际需要改变数据寄存器的内容，MC1413则会按照显示亮度等初始化的规定与需要显示的数据自动扫描显示。数码显示模块的流程图如图4-4所示。 开始