毕业论文基于DS18B20的温度显示及其报警控制系统含完整原理图及C程序.docx
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毕业论文基于DS18B20的温度显示及其报警控制系统含完整原理图及C程序
毕业设计(论文)
题目
基于单片机的数字温度计及其报警系统
作者
学院
物理学院
专业
电子信息科学与技术
学号
指导教师
二〇一二年五月二十七日
摘要
随着科技的不断进步,在工业生产中温度是常用的被控参数,而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。
温度传感器DS18B20具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。
本文采用51单片机来实现对温度的测量和报警。
它的主要组成部分有:
STC89C52单片机,DS18B20,键盘与显示电路,AT24C02温度范围存储电路,温度报警和控制电路。
它可以实时地检测和显示温度,可以设定温度范围,实现对温度的报警和自动控制。
关键词:
温度计;DS18B20;51单片机;温度报警。
ABSTRACT
TemperaturesensorDS18B20hasalotofadvantages,suchasstableperformance,highsensitivity,stronganti-interferencecapability,convenienceofuse,etc.Anditwaswidelyusedforthemeasurementandcontroloftemperatureinrefrigerators,airconditioners,barnandotherdailylifeinthemeasurementandcontroloftemperature.Inthisarticle,Weusedasinglechipforrealizingtemperaturemeasurementandalarm.ItwasmainlycomponentofSTC89S52chip,DS18B20,keyboardanddisplaycircuit,storagecircuitoftemperaturerange,temperaturealarmandcircuitcontrol.Itrealizenotonlyreal-timedetectionanddisplaytemperature,butalsosettingthetemperaturerangeandthemeasurementandcontroloftemperature.
Keywords:
Thermometer;DS18B20;51MCU;temperaturealarm
目录
第一章绪论1
1.1设计背景1
1.2温度测量及其报警系统的国内外情况1
1.3本文研究内容1
第二章系统总体设计2
2.1系统方案选择2
2.2系统的组成2
2.3系统的工作过程3
第三章系统硬件设计5
3.1单片机最小系统的设计5
3.1.189C52单片机简介5
3.1.2单片机最小系统8
3.2温度检测电路及DS18B20测温原理8
3.2.1DS18B20介绍8
3.2.2DS18B20特性9
3.2.3DS18B20硬件电路10
3.3报警温度调节电路10
3.4报警温度存储电路11
3.5报警及控制电路12
3.6显示电路13
3.7小结13
第四章系统软件设计14
4.1软件总体设计方案14
4.2主程序设计14
4.3测温程序设计16
4.3.1温度转换工作流程16
4.3.2读暂存器工作流程16
4.3.3读数据求出十进制16
4.4报警温度调节及存储设计17
4.4.1按键设置程序17
4.4.2温度储存程序17
4.5温度报警及控制设计19
4.6小结20
第五章系统测试21
5.1模块测试21
5.2整体软件测试21
第六章结论22
参考文献23
致谢24
附件A整体硬件电路图25
附件B硬件实物图26
附件C程序清单27
第一章绪论
1.1设计背景
温度是一个很重要的物理量,它直接影响化学反应、发酵、煅烧、浓度、蒸馏、结晶以及空气流动等物理及化学过程。
温度控制失误就可能引起生产安全、质量和产量等一系列问题。
温度测量无论是在工业生产过程中,还是在日常生活中都起着非常重要的作用。
传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,而单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。
特别是在环境恶劣或温度较高等场合下,为了保证生产过程正常安全地进行,提高产品的质量和数量,以及减轻工人的劳动强度、节约能源,要求对加热炉内温度进行测量、显示、报警及控制,使之达到工艺标准,以单片机为核心设计的温度测量系统,可以对温度进行实时测量,并将温度数据进行显示和报警以及进行相应控制。
1.2温度测量及其报警系统的国内外情况
温度检测系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总的发展水平仍然不高,和日本、德国、美国等先进国家相比有着较大的差距。
采用51单片机来对温度进行检测和控制,不仅具有成本低廉、控制方便和灵活性大等优点,而且可以提高被控温度的技术指标,从而提高产品的质量和数量。
因此,单片机对温度的处理问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
1.3本文研究内容
本文是基于STC89C52单片机,采用数字温度传感器DS18B20,不需要A/D转换,可直接进行温度采集显示,报警和控制的数字温度计设计。
包括传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整及存储电路,温度报警和控制电路,单片机主板电路等组成。
第二章系统总体设计
2.1系统方案选择
该系统主要由温度测量,数据采集和数据处理部分组成,实现方案有很多种,下面将列出两种经常用到的实现方案。
2.1.1方案一
采用热敏电阻传感器。
利用热敏电阻阻值随温度变化而显著变化,能直接将温度的变化转换为电压的变化,进而制成温度计。
数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机或使用专业的A/D转换芯片进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,同时对温度进行相应的报警和控制。
此方案的优点是工作温度范围非常宽,体积小,精确度高,但是它们也存在着输出电压小、抗干扰能力差的缺点,并且这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较复杂,增大系统设计的难度。
2.2.2方案二
采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。
便于单片机控制及处理,省去传统测温方法的很多外围电路。
且该芯片的性能比较稳定,线形较好,在0—100°C时,最大线性偏差小于1°C。
DS18B20采用了单总线的数据传输,由DS18B20和微控制器STC89C52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与单片机连接。
这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。
采用51单片机控制,软件编程的自由度很大,可通过C语言编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且硬件实现简单,安装方便。
另外51单片机在工业控制上也有着广泛的应用,编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
该系统利用STC89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度并可以根据需要设定上下限报警温度进行报警和相应的控制处理。
该系统扩展性很强,它可以利用键盘来进行温度范围调整,利用AT24C02芯片作为存储器件,获得的数据可以通过I2C总线协议与AT24C02通信而把温度范围数据储存起来,方便应用中的实时调整以及关机重启后加载数据。
从以上两种方案,容易看出方案二的测温装置电路更简单、实现更方便、程序设计也更容易实现,故本次设计采用了方案二。
2.2系统的组成
本课题是以51单片机为核心设计的一种数字温度报警系统,系统整体硬件电路包括温度采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,存储电路,报警及控制电路,单片机主板电路等组成。
系统框图主要由主控制器、温度传感器、报警按键设置、AT24C02、数码管显示、报警和控制电路组成。
系统框图如图2-1所示
图2-1系统框图
单元模块功能如下:
检测电路由DS18B20构成,DS18B20是美国DALLAS半导体公司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。
系统的核心器件是51单片机,它是整个系统的心脏,由它来控制协调各功能模块的正常工作,考虑到系统的功能和经济性因素,采用的是性价比比较高的STC89C52。
温度范围值的存储采用AT24C02,AT24C02是一个2K串行CMOSE2PROM存储器,其通过I2C协议与单片机进行通信而把报警温度值储存起来,关机重启后能保留报警温度值,从而无需再进行设置。
报警功能由蜂鸣器完成,通过单片机I/O口向蜂鸣器发出不同频率的脉冲而发出不同的警报声对相应温度进行报警。
温度控制模块,温度过高时由风扇制冷,温度过低时由红色LED灯模拟加热器进行升温处理。
显示模块则由数码管进行显示。
2.3系统的工作过程
系统由DS18B20采集温度后进行转换再把温度数据传递给单片机,单片机控制数码管进行同步温度显示,同时对温度值进行处理,当温度高于设定值后进行制冷处理,温度继续上升超过设定值+3°C时控制蜂鸣器进行高频率报警处理。
当温度低于设定值后进行加热处理,温度继续下降低于设定值-3°C时控制蜂鸣器进行低频率报警处理。
系统运作过程中可以随时对温度上下限制进行设置,通过按键输入调整数值,由于单片机片内RAM具有掉电丢失数据的特性,这里把温度上下限数值存入AT24C02中。
当系统断电重启后首先通过AT24C02把温度范围值加载到单片机内从而保证系统正常工作。
第三章系统的硬件设计
3.1单片机最小系统的设计
本系统采用STC89C52为主控器,兼容所有89C51单片机。
3.1.189C52单片机简介
一、89C52单片机的片内结构
89C52单片机的片内结构如图3-1所示。
它把那些作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个集成电路芯片上。
它由如下功能部件组成:
(1)微处理器(CPU)
(2)数据存储器(RAM)
(3)程序存储器(4KFlashROM)
(4)4个8位可编程并行I/O口(P0口.P1口、P2口、P3口)
(5)1个全双工串行口
(6)2个16位定时器/计数器
(7)中断系统
(8)特殊功能寄存器(SFR)
图3-189C52单片机片内结构
1、CPU
89C52单片机中有1个8位CPU,与通用的CPU基本相同,同样包括了运算器和控制器两大部分,只是增加了面向控制的位处理功能。
2、数据存储器(RAM)
片内为256B,片外最多可扩展64KB。
片内128B的RAM以高速RAM的形式集成在单片机内,可以加快单片机运行的速度,而且这种结构的RAM还可以降低功耗。
3、程序存储器(ROM)
程序存储器用来存储程序。
89C52片内集成有8KB的Flash存储器,片外可外扩至64KB。
4、中断系统
5个中断源,2级中断优先权。
5、定时器/计数器
片内有3个16位的定时器/计数器,具有4
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