温度报警器设计 单片机课程设计

温度报警器 东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 课 程 单片机课程设计 题 目 温度报警器设计 院 系 电气信息工程学院测控系 专业班级 测控二10-2 学生姓名 周博 学生学号 100601220211 指导教师 段志伟、宋金波 2012年 3 月 30日16东北石油大学课程设计任务书课程 单片机课程设计 题目 温度报警器设计 专业 测控技术与仪器 姓名 周 博 学号 100601220211 一、任务以AT89S52单片机为控制核心，实现对环境温度的实时监测，并能在预设的温度范围内用LED显示，同时在超过预设范围时产生报警信号。二、设计要求1 报警器的温度用LED显示，同时在超过预设范围时产生报警信号。2 通过对AT89C51单片机的编程，实现温度报警。3 写出详细的设计报告。4 给出全部电路和源程序。三、参考资料1 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录M.北京：高等教育出版社，1957.15-18.2 刘润华,刘立山.模拟电子技术J.山东:石油大学出版社,2003.3 彭介华.电子技术课程设计指导J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限 2012.3.19至2012.3.30 指导教师 段志伟、宋金波 专业负责人 曹广华 2012年 3月 16 日目录第1章 绪论31.1 温度报警器概述31.2 温度报警器技术状况31.3 温度报警器发展前景41.4 本设计任务4第2 章 总体方案论证与设计52.1 方案论述52.2 总体硬件组成框图6第3章 系统硬件设计73.1 单片机73.2 温度采集电路73.3 A/D转换电路83.4 温度显示电路10第4章 系统的软件设计114.1 软件设计思路114.2 主程序设计11第5章 系统调试与测试结果分析125.1 使用的仪器仪表125.2 系统调试125.3 测试结果13结 论14参考文献15附录1 程序1附录2 仿真效果图4第1章 绪论温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。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。温度报警器广泛应用于工农业生产以及日常生活中：环境温度检测，机房温度监测及报警，蔬菜大棚、花窖、鱼塘水温监测，工厂用的烘箱、电炉，汽车低温报警（提示司机路面结冰），实验室，冷库、仓库温度监测及报警等等，其研究具有一定的学术价值和广泛的市场前景。1.1 温度报警器概述现代社会是信息化的社会，随着安全化程度的日益提高，机房作为现代化的枢纽，其安全工作已成为重中之重，机房内一旦发生故障，将导致整个系统的瘫痪，造成巨大的损失和社会影响。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；静电产生高温或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间通电工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内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，这时超温报警系统就发挥应有的功能。本文介绍的是采用热敏电阻作为敏感元件的温度报警器，当由金属探头所接触的温度通过传感器到开关，如果温度超过预定值，此时的开关即开启，连接报警器发出报警声，此时的发声的报警装置可以通过改变一些元器件的接法而发出不同的声音。为了增加实用效果,特添加由共阳极双色发光管组成的指示电路.电路不报警时为绿灯,反则报警时为红绿交替。1.2 温度报警器技术状况现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术) 、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。因此传感器在此温度报警器的制作中起了重要的作用。(1) 传统的分立式温度传感器(含敏感元件) ；主要是能够进行非电量和电量之间转换。(2) 模拟集成温度传感器/控制器。(3) 智能温度传感器。目前，国际上新型温度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。 1.3 温度报警器发展前景目前我国人民生活水平有所提高，一些电器产品正深入到千家万户，据统计，我国目前有约13亿人口，几乎每个家庭都用过象热得快之类的烧水工具。随之而来的便是由于使用不当或在使用的同时却忘了而发生的事故。如果将本系统用于实际，可以有效遏制该类事故发生。因此，如果实际的产品一旦投放市场，必将有很大的市场空间和广阔的发展前景。本产品在把一些连线以不同的方式连接时，可以发出不同的报警声。本产品克服了现在流行的报警器的缺点，成本低，具有更大的实用性、新颖性。主要创新点及应用前景如下：高灵敏度，高稳定性，报警及时。本系统能具有高灵敏度和高稳定性，得益于系统有很好的传感器。但是它仍然有一定的缺陷，自身有很大的局限性。如果能够把更好的传感器应用到该产品中，该产品会有更广阔的发展前景。1.4 本设计任务本文介绍的温度报警器以AT89S52单片机为控制核心，再配合热敏电阻PT100温度检测电路、AD0801转换器、单刀单掷继电器、报警电路、复位电路以及2个LED数码管来实现对环境温度的实时监测，并能在预设的温度范围内用LED显示，同时在超过预设范围时产生报警信号。本文分析了温度传感器的工作原理，系统硬件电路以及软件部分的设计。第2 章 总体方案论证与设计本文介绍的温度报警器以AT89S52单片机为控制核心，再配合热敏电阻PT100温度检测电路、AD0801转换器、单刀单掷继电器、报警电路、复位电路以及2个LED数码管来实现对环境温度的实时监测,并能在预设的温度范围内用LED显示，同时在超过预设范围时产生报警信号。该系统软件采用C语言实现，方便移植且开发简单。本温度报警器功能实用、成本低廉、操作方便、有一定的实用价值。2.1 方案论述方案一：通过PT100热敏电阻对温度进行采，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。方案二：主电路由NTC测温电阻，可调温度电位器，低频振荡器和音频振荡器四部分组成，工作原理如下：由电位器设定好温度值,当温度升高时，测温电阻NTC的电阻值降低，达到CD4011输入高电平阀值，导致低频振荡器工作，调制音频振荡器，通过三极管放大，由报警装置发出报警声。方案三：电路由时基电路、电位器、电阻和热敏电阻RT组成温度检测触发电路。RT是一种负温度系数热敏电阻，阻值随温度的升高而逐渐减小。音响集成电路能产生4种模拟声，即警车声、消防车声、救护车声和机枪声。具体工作过程如下：温度未达到预定值时，无音频信号输出，扬声器无声。当温度升高到预定值时，发出响亮的警车声、消防车声、救护车声和机枪声。通过对以上三种方案的各个方面的比较.如适用前景和市场经济效益分析来看,选择第一种方案比较合理。2.2 总体硬件组成框图系统原理图见图2-1所示： 温度检测AD0801模数转换器AT89S52单片机LED显示蜂鸣器继电器 图2-1 温度报警器系统第3章 系统硬件设计为使该模块化LED显示屏控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等三大模块。3.1 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3-1：图3-1 AT89S52的管脚分配图3.2 温度采集电路3.2.1 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：（1） 测量范围：-200+850；（2） 允许偏差值：A级（0.15+0.002|t|），B级（0.30+0.005|t|）；（3） 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm；（4） 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。3.2.2 测温电路 测温的典型应用电路如图3-2所示图3-2 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。3.3 A/D转换电路3.3.1 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，A/D转换时间为64us。3.3.2A/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3-3所示。图3-3 A/D转换电路图3.4 温度显示电路LED数码管显示原理，共阴数码管管脚分配如图3-4所示： 图3-4 数码管显示原理 第4章 系统的软件设计软件是该LED显示屏控制系统的重要组成部分，在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。4.1 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。4.2 主程序设计本系统中下位机（单片机89C51）的主要功能就是实现LED显示屏上字样的移位、显示、数据的读取等功能。其主程序流程如图4-1所示。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YN图4-1 程序流程图第5章 系统调试与测试结果分析5.1 使用的仪器仪表 表5-1 仪器仪表名称数量单片机 AT89S521块LED数码管2支蜂鸣器1支继电器1个三极管2支发光二极管2支运算放大器UA7411块15K电阻11个2.2K电阻1个3.9K电阻2个11K电阻2个22K电阻1个98电阻1个22PF电容2片150PF电容1片12M晶振1支二极管1支5.2 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：LED驱动模块的调试，数据存储模块的调试，PC机通信模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。5.2.1硬件调试对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。5.2.2软件调试软件调试采用单片机仿真器WAVE6000L及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。5.2.3硬件软件联调 将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。5.3 测试结果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。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。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。本次实习在设计和制作温度报警器的过程中，对在校学习的单片机知识、电路知识以及C语言程序设计知识有一个全面的检验，在制作过程中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。学会了proteus单片机仿真软件使用的基本步骤，了解了各个元器件在proteus中的表示，掌握了proteus和keil uvision3联调的方法，以及AD0801、AT89S52、测温电路基本连接方法更培养了我更加细心、耐心的素质。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，20052 吴金戎.8051单片机实践与应用M.北京：清华大学出版社，20053 胡斌.图表细说电子元器件M.北京：电子工业出版社，20054 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，20065 姜志海.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，20056 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，2005，6：20-217 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)：16-188 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)：108-1109 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附录1 程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit JRC=P31;sbit FM=P30;uchar data led4;unsigned char code tab = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/*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;/*LED数码管（显示）功能子函数*/void display(uint tvdata)uint k,temp;P2=0x00;k=tvdata%10;temp=tabk;P2=temp;delay(1);P1=0x00;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; 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;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; wendu=d; display(advalue);if(wendu70)FM=0;delay(1); 附录2 仿真效果图1东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称单片机课程设计题目名称温度报警器学生姓名周博学号100601220211指导教师姓名段志伟宋金波职称讲师讲师序号评价项目指 标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师： 年 月 日