漯河职业技术学院学院.doc

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1、漯河职业技术学院学院毕 业 设 计年级名称 2009级机电系 专业名称 电子信息专业 所属系部 机电系 课题名称 温度报警器毕业设学生名称 陈静* * 指导教师 * 唐老师 * 一前言在当今社会中，工业生产快速发展，在各行各业需要一种测温系统，经常需要实时测量温度，尤其是在高危生产行业，如花炮生产、煤矿行业等 人们需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制;还有特定环境的温度检测。但依靠人工检测既浪费时间、物力、人力， 又有一定的危险性，且测量的数据也不准确；在农业生产中也离不开温度的测量，各种农作物的生长都跟温度有直接的关系，掌握了温度的变化就可以更好的控制农作物的生长。

2、因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。在工业生产过程温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，随着人们生活水平的不断提高，对生活质量的要求不断提升，自然会更加关注跟人身体健康紧密联系的温度；同时在工业度进行检测和控制;还有特定环的温境的温度检测。因为桥式测温电路，差动放大电路，滞回比较器及报警器组成具有低功耗、高性能、可靠性、易已于产品化等特点，因此采用这种电路组成对温度进行控制不仅控制方便、简单，而且可以提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。现在市场上有多种优良的温度传感器，经过各方面的考虑和分析，选择DALLAS公司的智能化一线传感器DS18B20作为

3、核心温度传感器。因为它价格低廉、使用方便、接口简单、易于推广。控制器选用基于51内核的AT89系列单片机，其价格便宜、功能齐全、易于扩展。在显示方面，采用普通的LED即可满足该设计的要求，显示方式为动态扫描显示方式。报警装置采用三极管驱动蜂鸣器发声报警，此电路连接方便，简单耐用。随着时代的进步和发展，温度的测试已经影响到我们的生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。以下内容介绍了一个基于AT89C52单片机的数字温度报警器系统。详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块

4、系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的采集和报警，并可以根据需要任意上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。二研究内容和意义本温度报警器以AT89C51单片机为控制核心,由一数字温度传感器DS18B20测量被控温度，结合7段LED以及驱动LED的74LS245

5、组合而成。当被测量值超出预设范围则发出警报，且精度高，适用于大多数工业生产以及教育教学领域。温度是一种最基本的环境参数，它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。因此，研究温度的测量和控制方法具有重要的意义。AT89C52单片机数字温度传感器双限报警系统译码显示电路设计原理2 芯片介绍2.1 DS18B20概述DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统的热敏电阻相比，只需一根线就能直接读出被测温度值，

6、并可根据实际需求来编程实现912位数字值的读数方式3。2.1.1 DS18B20封装形式及引脚功能 图2.1 DS18B20封装形式和引脚功能如图2.1所示，DS18B20的外形如一只三极管，引脚名称及作用如下：GND:接地端。DQ：数据输入/输出脚，与TTL电平兼容。VDD：可接电源，也可接地。因为每只DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时VDD接地，可以节省一根传输线，但完成数据测量的时间较长；采用外部供电方式则VDD接+5V，多用一根导线，但测量速度较快。2.1.2 DS18B20内部结构64位ROM和单线接口存储和控制逻辑 高速

7、缓存器温度传感器高温触发器TH低温触发器TL匹配寄存器8位CRC发生器电源检 测CDQVDD内部电源VDD图2.2 DS18B20内部结构图2.2中出示了DS18B20 的主要内部部件，下面对DS18B20内部部分进行简单的描述4:(1)64位ROM。64位ROM是由厂家使用激光刻录的一个64位二进制ROM代码，是该芯片的标识号，如表2.1所示：表2.1 64位ROM标识8位循环冗余检验48位序列号8位分类编号（10H）MSB LSBMSB LSBMSB LSB 第1个8位表示产品分类编号，DS18B20的分类号为10H；接着为48位序列号。它是一个大于281*1012的十进制编码，作为该芯片

8、的唯一标示代码；最后8位为前56位的CRC循环冗余校验码，由于每个芯片的64位ROM代码不同，因此在单总线上能够并接多个DS18B20进行多点温度实习检验。（2）温度传感器。温度传感器是DS18B20的核心部分，该功能部件可完成对温度的测量通过软件编程可将-55125范围内的温度值按9位、10位、11位、12位的分辨率进行量化，以上的分辨率都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高分辨率为0.0625。芯片出厂时默认为12位的转换精度。当接收到温度转换命令（44H）后，开始转换，转换完成后的温度以16位带符号扩展的的二进制补码形式表示，存储在

9、高速缓存器RAM的第0，1字节中，二进制数的前5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测得的数值乘上0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测得的数值需要取反加1再乘上0.0625即可得到实际温度。（3）高速缓存器。DS18B20内部的高速缓存器包括一个高速暂存器RAM和一个非易失性可电擦除的EEPROM。非易失性可点擦除EEPROM用来存放高温触发器TH、低温触发器TL和配置寄存器中的信息。（4）配置寄存器。配置寄存器的内容用于确定温度值的数字转换率。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第5个字节，该字节定义如表2

10、.2所示：表2.2 匹配寄存器TMR0R111111TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动；R1和R0用来设置分辨率；其余5位均固定为1。DS18B20分辨率的设置如表2.3所示：表2.3 DS18B20分辨率的设置R1R0分辨率最大转换时间 /ms009位93.750110位187.51011位3751112位750DS18B20依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立ROM 操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面5个ROM 操作命令之一：1）读ROM；2）匹配ROM；3）搜索

11、ROM；4）跳过ROM；5）报警搜索。这些命令对每个器件的激光ROM 部分进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完一条ROM 操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供6 条存储器和控制操作指令中的任一条。一条控制操作命令指示DS18B20完成一次温度测量。测量结果放在DS18B20的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器TH 和TL 各由一个EEPROM字节构成。如果没有对DS18B20使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。可以用一条

12、存储器操作命令对TH 和TL 进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。2.1.3 DS18B20供电方式DS18B20可以采用外部电源供电和寄生电源供电两种模式。外部电源供电模式是将DS18B20的GND直接接地，DQ与但单总线相连作为信号线，VDD与外部电源正极相连。如图2.3所示：单片机DS18B20外部+5V电源VDDDQ4.7KVCC其它单线器件图2.3 DS18B20外部供电方式图中DS18B20的DQ端口通过接入一个4.7K的上拉电阻到VCC，从而实现外部电源供电方式。寄生电源供电模式如图2.4所示：从图中可知，DS18B20的GND

13、和VDD均直接接地，DQ与单总线相连，单片机其中一个I/O口与DS18B20的DQ端相连。VCC单片机DS18B20GND4.7K图2.4 DS18B20寄生电源供电方式+5V2.1.4 DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理如图2.5所示, 其主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度存储器等功能部件组成。图2.5 DS18B20的测温原理DS1820 是这样测温5的：用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置

14、到-55）的值增加，表明所测温度大于-55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨率。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。DS18B20内部对此计算的结果可提供0.5的分辨率。温度以16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出，表2.4 给出了温度值和输出数据的关系。数据通过单线接口以串行方式传输。

15、DS18B20测温范围-55+125，以0.5递增。表2.4 温度数据关系温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+125 00FA+25 0032+0.5 00010 0000-0.5 FFFF-25 FFCE-55 FF92S18B20遵循单总线协议，每次测温时都必须有4个过程6： 初始化； 传送ROM 操作命令； 传送ROM操作命令； 数据交换；2.1.5 DS18B20的ROM命令read ROM（读ROM）.命令代码为33H，允许主设备读出DS18B20的64位二进制ROM代码。该命令只适用于总线上存在单个DS18B20.Match ROM（匹配ROM）。命令代码为55H，若总线上

16、有多个从设备时，适用该命令可选中某一指定的DS18B20，即只有和64位二进制ROM代码完全匹配的DS18B20才能响应其操作。Skip ROM(跳过ROM)。命令代码为CCH，在启动所有DS18B20转换之前或系统只有一个DS18B20时，该命令将允许主设备不提供64位二进制ROM代码就适用存储器操作命令。Search ROM(搜索ROM)。命令代码为F0H,当系统初次启动时，主设备可能不知纵向上有多少个从设备或者它们的ROM代码，适用该命令可确定系统中的从设备个数及其RON代码。Alarm ROM（报警搜索ROM）。命令代码为ECH，该命令用于鉴别和定位系统中超出程序设定的报警温度值。Wr

17、ite scratchpad(写暂存器)。命令代码为4EH，允许主设备向DS18B20的暂存器写入两个字节的数据，其中第一个字节写入TH中，第二个字节写入TL中。可以在任何时刻发出复位命令终止数据的写入。Read scratchpad(读暂存器)。命令代码为BEH，允许主设备读取暂存器中的内容。从第一个字节开始直到读完第九个字节CRC读完。也可以在任何时刻发出复位命令中止数据的读取操作。Copy scratchpad(复制暂存器)。命令代码为48H，将温度报警触发器TH和TL中的字节复制到非易失性EEPROM。若主机在该命令之后又发出读操作，而DS18B20又忙于将暂存器中的内容复制到EEPR

18、OM时，DS18B20就会输出一个“0”,若复制结束，则DS18B20输出一个“1”。Convert T(温度转换)。命令代码为44H，启动一次温度转换，若主机在该命令之后又发出其它操作，而DS18B20又忙于温度转换，DS18B20就会输出一个“0”，若转换结束，则DS18B20输出一个“1”。Recall E2(拷回暂存器)。命令代码为B8H。将温度报警触发器TH和TL中的字节从EEPROM中拷回到暂存器中。该操作是在DS18B20上电时自动执行，若执行该命令后又发出读操作，DS18B20会输出温度转换忙标识：0为忙，1完成。Read power supply(读电源使用模式)。命令代码为

19、B4H。主设备将该命令发给DS18B20后发出读操作，DS18B20会返回它的电源使用模式：0为寄生电源，1为外部电源。2.2 AT89C52概述2.2.1单片机AT89C52介绍AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL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，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。2.2.2 主要功能特性1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写(大于

20、1000次）Flash ROM； 3、32个双向I/O口； 4、256x8bit内部RAM； 5、3个16位可编程定时/计数器中断； 6、时钟频率0-24MHz； 7、2个串行中断，可编程UART串行通道； 8、2个外部中断源，共8个中断源； 9、2个读写中断口线，3级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。3 系统硬件设计3.1 单片机最小系统的设计单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和

21、中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。本次课程设计中选用AT89C52式单片机，其最小系统主要由电复位、振荡电路组成。单片机的最小系统如图3所示。单片机的复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个时钟周期以上时复位有效。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成，上电复位是在复位引脚上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND；按键复位是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。AT89C51单片机使用12MHZ的晶振最为振荡源

22、，由于单片机内部有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容一般在15pF至50pF之间。外部晶振结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。图3 单片机最小系统3.2 温度采集电路的设计温度采集电路部分，采用数字温度传感器DS18B20进行温度采集。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3个引脚；温度侧量范围为-55+125，测量精度为0.5；被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；CPU只需用一个端口线就可以与DS18B20通信。温度采集电路如图4所示。图4 温度采集电路3.3 LED显示报警电路的设计LED数码管与单片机的P0口相连，单片机将采

23、集到的温度值转化为与数码管对应的数据，通过P0口输出显示。即信号通过译码管的端口a、b、c、d、e、f、g 、dp 端来控制每段译码管的亮灭与否，同时通过端口1、2、3、4 四个端口来控制四个译码管。在本次设计中，用集成芯片74HC245驱动数码管。同时当采集到的温度值超过所设置的范围时，单片机会输出一信号，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发出报警信号。LED数码管报警电路4 总结本设计是以温度采集及控制过程设计为总目标，以89C52单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、A/D转换接口、加热电路、LED数码管动态串行显示器等。本设计的重点、难点是：（1） 要掌握温度传感器的原理、结

24、构、应用等；（2） 考虑从非电量信号到电量信号的电路实现原理以及与单片机的接口；（3） 熟悉MCS-51编程的技术，实现单片机对温度的调节控制；（4） 整体电路的仿真调试。本次设计优点：采用的单片机AT89C51 性价比高；热敏电阻温度传感器转化温度的方法非常简洁且精度高、测试范围较广。由于时间及精力所限，对温度控制系统做了整体设计，具体实现了其中的温度报警部分设计，即温度控制系统的采集、显示及报警模块。实物图如下：附录A：总电路图附录B：原器件清单序号编号名称型号数量1R1 电阻4.7K12R2电阻100K13R3电阻5K14RP1排阻5K15C1、C2电容33P26C3电容100u17S1

25、按键开关18X1晶振12M19Q1三极管PNP110LS1蜂鸣器111U151单片机AT89C52112U2温度传感器DS18B20113U3集成芯片74HC245114U44位7段数码管共阳1附录C：温度报警器部分程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P37; sbit beep=P30; void reset(); /DS18B20复位函数 void write_byte(uchar val); /DS18B20写命令函数 uchar read_byte(void); /D

26、S18B20读1字节函数 void read_temp(); /温度读取函数 void LED_display();void alarm();uchar tempH,tempL,num;uchar table10= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /09的LED字符编码 uchar setValue_low=15;uchar setValue_high=30;main() while(1) read_temp(); LED_display(); alarm();void delay(uint t)for(;t0;t-);vo

27、id reset() /DS18B20的复位uchar presence=1;while(presence) while(presence) DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ=0; delay(50); DQ=1; delay(6); presence=DQ; delay(45); presence=DQ; DQ=1;void write_byte(uchar val)/DS18B20写一个字节 uchar i;for(i=8;i0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); D

28、Q=val&0x01; delay(6); val=val1; DQ=1;_nop_();uchar read_byte(void)/DS18B20读一个字节 uchar i;uchar value=0;for(i=8;i0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); value=1; DQ=0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); if(DQ) value|=0x80; delay(6); DQ=1;return(value);void read_temp() /从DS18B20

29、读取温度值 uchar ch1,ch2;reset();write_byte(0xcc);write_byte(0x44);reset();write_byte(0xcc);write_byte(0xbe);ch1=read_byte(); /DS18B20的温度数值是16位的二进制，精度高，最后四位是温度的小数部分，最高五位为符号位（即正负温度） ch2=read_byte();num=(ch24); /只取温度值的中间八位，小数部分舍去，符号位舍去四位。tempH=num/10;/温度的十位tempL=num-tempH*10;/温度的个位void LED_display() /显示检测的

30、温度 P2=0x0; P2=2; P0=tabletempL; delay(50); P2=0x0; P2=1; P0=tabletempH; delay(50); P2=0x0;void alarm() /报警 if(setValue_low=num) beep=1; /在温度允许范围，不报警 else beep=beep;四实验心得经过一个多星期的努力，终于完成了温度报警器的设计。这次课程设计，是到大学以来最难的一次实习。不仅课题很难，而且需要我们全部内容都自己完成，虽然有解决不了的问题可以去问老师，但是不像上课时候一直有老师在身旁那样有依靠，所以心里没底，对这次课程设计 充满恐惧。因此我

31、明白了一个道理，其实学校里的我们就像温室的花朵，根本经不起考验。我们对老师的依赖太大了，离开学校后我们可能不会适应，很难发挥出我们的水平，很难把我们的知识用于实践，甚至一事无成。课程设计完成了，可是我们的专业实践才刚刚开始，这是一个好的开始。我们就将步入工作岗位，用我们的专业知识去工作。如果没有这让的实践活动，我想我将很难和工作接轨，很难把知识运用到工作中去。课程设计过程中，我发现我在学习过程中，对知识掌握得不牢固，有很多知识点都忘记了，不过作设计的同时，让我重新回顾了这些知识。这次课程设计对我受益匪浅，以后我会更急认真的完成学校的实习安排，同时自己多进行实践训练。致谢在本次毕业设计中，我从指导老师唐老师身上学到了很多东西。唐老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在项目开发过程中唐老师也给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得系统能及时开发完成，感谢在这三年来对我的学习和生活有过莫大帮助的唐王老师，还有同组的同学同样给予我不少帮助，在这里一并表示感谢。