毕业设计利用单片机及DS18B20实现温度报警器的制作

目 录利用单片机及ds18b20实现温度报警器的制作11绪 论11.1 温度报警器的研究意义 .11.2 温度报警器的现状及发展21.2.1 智能温度传感器21.2.2 传感器发展趋势22 硬件设计42.1 总体设计方案42.2系统器件的选择52.2.1 单片机的选择52.2.2温度传感器的选择52.2.3显示模块的选择52.3传感器模块DS18B2052.4主控制模块AT89C5110 2.4.1基本概述102.4.2 功能特性概述122.5显示模块LCD1602142.5.1引脚功能和基本特征.142.5.2模块内部结构.152.6键盘控制电路162.7驱动电路162.8报警电路.16 2.9 存储电路.172.10温度控制的实现172.11各接口电路172.11.1 主控制模块与温度传感模块的连接172.11.2 主控制模块与显示模块的连接192.11.3报警电路.19 2.11.4存储电路193 系统软件设计213.1主程序设计213.2.1子程序设计.213.2.1测温子程序流程223.2.2 读温度流程224总体电路的实现于操作224.1设计结果的实现 22 4.1.1电路板的情况介绍.234.1.2温度报警器操作的功能和步骤 23结论.24参考文献（(References).25附录（C语言程序设计）.2633利用单片机及ds18b20实现温度报警器的制作1绪 论 温度是与人们生活息息相关的环境参数，许多情况下都需要进行温度测量及报警，温度测量报警系统在现代日常生活、科研、工农业生产中已经得到了越来越广泛的应用。所以对温度的测量报警方法及设备的研究也变得极其重要。随着人们生活水平的不断提高以及应对各种复杂测量环境的需要,我们对温度测量报警器的要求也越来越高，利用单片机来实现这些控制无疑是人们追求的目标之一，它带给我们的方便是不可否定的。其中温度检测报警器就是一个典型的例子。要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施,就需要从单片机技术入手，向数字化，智能化控制方向发展。本设计所介绍的温度报警器，可以设置上下限报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警 。与传统的温度测量系统相比，本设计中的数字温度测量报警系统具有很多前者没有的优点，如测温范围广而且准确，采用LCD数字显示，读数方便等。1.1 温度报警器的研究意义 随着电子技术的发展，家用电器和办公设备的智能化、系统化已成为趋势，而这些高性能几乎都要通过单片机实现。同时，温度作为与我们生活息息相关的一个环境参数，对其的测量和研究也变得极为重要。故温度检测报警系统在现代生活、生产中得到了越来越广泛的应用。工业生产带动了人类社会的进步，同时也促进了各种新的传感器的发展。在工业生产中温度的准确测量是一个比较困难的事情。从最初的酒精、水银温度计到现在的数字化、集成化的温度计可见传感器的发展是飞快的。它的快速发展必将带来新一轮的工业化革命和社会发展的飞跃。本设计所介绍的温度报警器可以设置上下限报警温度，当温度不在设定范围内时可以报警 ，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它具有结构简单,不需外接元件,可由用户设置温度报警界限等特点,可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。目前,该类产品已在温控系统中得到广泛的应用。所以设计意义较为深远。1.2 温度报警器的现状及发展温度是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般采用各式各样形态的温度传感器。根据它们在讯号输出方式上的不同可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器。单片机技术的出现则是为现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、可靠性高、性价比高、开发较为容易等特点，在工业控制、数据采集、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到了极为广泛的应用，并已走入我们的日常生活，现在，随处都可以看到单片机的踪影。目前温度报警器的发展已经比较成熟了，它能帮助我们实现想要的温度控制，解决身边的很多问题。1.2.1 智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。1.2.2 传感器发展趋势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，它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。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(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。2 硬件设计2.1 总体设计方案本设计是一个基于单片机的温度测量电路，传统的温度检测系统采用热敏电阻等温度敏感元件，热敏电阻虽然成本低，但是需要后续信号处理、A/D转换处理等才能将温度转换成数字信号，不但电路复杂，可靠性和精度也相对较低，在应用中还需要解决引线误差补偿、干扰等问题，故传统方案不可取。进而非常容易考虑到使用温度传感器，在单片机电路设计中，单片机除了可以测量电信号外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛的应用于很多领域。单片机的接口信号是数字信号，要用单片机作为控制器测量温度这类非电信号，就要使用温度传感器将温度信息转换为电流或者电压信号输出，如果转化的信号是模拟信号，还需要进行A/D转化，以满足单片机接口的需要。进一步联想到可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，成功地进行温度采集以后，就可以利用单片机进行数据处理，然后通过LCD将温度显示出来，就可以满足设计要求。硬件部分设计主要包括：测温电路、传感器电路及测温电路与单片机的接口、报警电路与单片机的接口等组成的。本设计中，温度传感器采用DS18B20，控制器采用AT89S51，显示电路采用LCD1602液晶显示器实现，总体方框图如下： 存储器 LCD显示器单片机AT89C51 DS18B20指示灯.扫描驱动 电 源报警电路温度控制电路图3.1 总体方框图在研究出总体设计方案后，在这一阶段主要的主要工作是查阅各芯片资料，熟悉其功能特性和技术参数，同时学习PROTEL DXP软件，用其绘制出硬件原理图，然后继续分析各结构，查阅国内外相关技术资料，查缺补漏，反复修改设计方案，力求完美；通过原理图绘制PCB图；制作PCB板，购买所需元件，完成硬件方面的设计。2.2系统器件的选择2.2.1 单片机的选择AT89C系列的单片机是能用下载线进行在线编程的 ISP，使用简单的HC244电路，就可以通过电脑上面的程序来进行对单片机的编程,是无须拆下来放到笨重的编程器上面写片子的 。AT89C系列则没有这个功能并且C系列无法调试。2.2.2温度传感器的选择本设计主要应用在机房、粮仓等地，测量温度在-20到+75摄氏度之间，ds18b20温度测量范围从-55到+125摄氏度，精度为0.5 C，适合设计要求，所以传感器选择ds18b20温度传感器。2.2.3显示模块的选择1601显示一行的16个字符，1602显示两行的16个字符,1602海可以显示汉字，满足设计要求，所以选择LCD1602显示模块。2.3传感器模块DS18B20DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最近推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；无须外接部件；可通过数据供电，电压范围为3.05.5V；零待机功耗；温度以9或12位数字量读出；用户可定义的非易失性温度报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧坏，但不能正常工作.(2) DS18B20的内部结构框图如图24 所示，它采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装其管脚封装如图25所示。(3) DS18B20单线智能温度传感器的工作原理64位ROM的位结构如图26 所示。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个 DS18B20可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，2.3.1 注意事项：Ds18b20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中叶应注意以下几个方面的问题：1在对ds18b20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 2当单总线上所挂ds18b20超过8个小时，就需要解决微处理器的总线驱动问题。3在用ds18b20进行长距离测温系统设计是要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。Ds18b20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间。 图2.2 DS18B20的外观图 图2.3 DS18B20内部结构框图图2.4 DS18B20引脚分布图DS18B20的主要技术指标如下：测量范围：-55OC+125OC；测量精度：0.5OC；反应时间Team则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。即蜂鸣器报警，蓝色二极管发亮。若当前温度在设定的Team1Team限范围内，无异常反应。结 论本设计所介绍的温度计报警器与传统的温度计相比，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以进行报警 ，该系统主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它具有结构简单,不需外接元件,可由用户设置温度报警界限等特点,可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。DS18B20 集温度测量、A/D 转换于一体, 具有体积小、动态范围宽、测量精度高、单总线结构、直接与CPU接口等特点。经试验, 基于AT89S51单片机和DS18B20 的温度测量仪, 设计简单, 控制方便, 测量准确, 测温范围宽,另外，利用单总线具有很强的扩展性, 还可以组建多点的温度检测网络。因此, 基于AT89C51单片机和DS18B20的温度测量仪, 具有广泛的应用前景。目前,该类产品已在温度控制系统中得到了广泛的应用。故该设计意义较为深远。同时，该方案具有安装方便、数字化程度高、精度高、适应性强等特点,在多种温度检测系统中都具有重大意义。本设计实现了利用单片机以及DS18B20进行温度报警器的制作,通过这次设计,使我接触到了很多之前没有学习过的理论知识,毕业设计是对大学四年学习生活的总结以及学习能力的一次综合检验。通过这次设计，使我在电路知识方面有很大提高，学习并掌握了单片机应用的基本知识以及温度传感器DS18B20等芯片的使用方法；通过动手实践操作，将理论知识应用于实际，使自己的知识更加生动丰富，经过一段时间的学习和制作，最终完成了利用单片及DS18B20实现温度报警器制作的设计。另外，通过本次设计，我了解到了温度报警器电路设计在现代生活、生产领域的重要意义及应用情况。现代社会已经步入了一个数字时代，很多使人们生活更便捷的服务都是建立在电子技术的基础上的，而单片机技术则可以看作是“基础中的基础”，可见，它已经深入了我们的生活和工作中，并发挥着巨大的作用。另外，通过这次设计还使我更加深刻地认识到网络是一个巨大的资源宝库，要学会科学合理利用这个大宝藏为我们的生活带来更多的便捷。参考文献(References)1严芸.浅谈温度传感器的现状与发展J.大众科技,2006,(5):38-39.2谭浩强.C程序设计M.清华大学出版社，1999. 3杨小川.Protel DXP设计指导教程M.清华大学出版社,2003.4贵国庆.LCD1602液晶显示秒表J.电子制作,2006.(4):59-61. 5朱蕤、张常年.基于AT89C51单片机的温度传感器控制电路D.北方工业大学,2006.6黄继昌. 传感器工作原理及应用实例M.人民邮电出版社.1998.7周航慈. 单片机程序设计基础M.北京航空航天大学出版社.2003.8谢宜仁. 单片机实用技术问答M.人民邮电出版社.2003.9朱善君. 单片机接口技术与应用M.清华大学出版社.2005.10郭亨礼. 传感器实用电路M.上海科学技术出版社.1992. 11谢宜仁. 单片机实用技术问答M.人民邮电出版社.2003.12肖来胜.单片机技术实用教程M.华中科技大学出版社.2004.13Transistor specifications manual.Howard W. Sams & Co., IncM.1972.附 录（C语言程序设计）#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit sda=P10;/24C02sbit scl=P11;/24C02sbit LRS = P20; sbit LRW = P21;sbit LE = P22;sbit led1 = P33;/电源指示灯sbit led2 = P34;/报警指示灯sbit key1 = P30;/温度加sbit key2 = P31;/温度减sbit DQ = P32;/ds18b20与单片机连接口sbit BEEP = P35;/蜂鸣器驱动线uint tvalue;uchar num=0,Temp;bit tflag;/温度正负标志/*/void delay1() ; void start() /开始信号delay1();scl=1;delay1();sda=0;delay1();void stop() sda=0;delay1();scl=1;delay1();sda=1;delay1();void respons() /应答uchar i;scl=1;delay1();while(sda=1)&(i250)i+;scl=0;delay1();void write_byte(uchar date)uchar i,temp;temp=date;for(i=0;i8;i+)temp=temp1;scl=0; delay1();delay1();scl=1;delay1();scl=0;delay1();sda=1;delay1();uchar read_byte()uchar i,k;scl=0;delay1();sda=1;delay1();for(i=0;i8;i+)scl=1;delay1();k=(k0;x-)for(y=100;y0;y-); /*ds1820程序*/void delay_18B20(unsigned int i)/延时1微秒while(i-);void ds1820rst()/*ds1820复位*/ unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ复位delay_18B20(4); /延时DQ = 0; /DQ拉低delay_18B20(100); /精确延时大于480usDQ = 1; /拉高delay_18B20(40); uchar ds1820rd()/*读数据*/ 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_18B20(10);return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/unsigned char i=0;for (i=8; i0; i-) DQ = 0;DQ = wdta&0x01;delay_18B20(10);DQ = 1;wdata=1;read_temp()/*读取温度值并转换*/uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ds1820wr(0x44);/*启动温度转换*/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ ds1820wr(0xbe);/*读取温度*/ a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue=Temp*10)BEEP = BEEP;led2 = 0;/判断当前温度高与设置温度 报警if(tvalue 128)Temp=0;/防止第一次读数据显示 255while(1)read_temp();/读取温度key();/调用按键函数write_add(1,Temp);/写数据Set();/调用设置函数Show();/调用显示函数09电子信息工程系 王胜