1、毕业设计基于单片机控制的温度控制报警系统 精品毕业设计姓 名：穆飞航专 业：电气自动化 班 级：电气0901班 指导教师：王莹电子信息工程系印制 毕业设计任务书姓 名：穆飞航专 业： 电气自动化 班 级： 电气0901 设计课题：基于单片机控制的温度控制报警系统指导教师：王莹电子信息工程系印制二一年十一月毕业设计题目：基于单片机控制的温度控制报警系统毕业设计目的：使学生在掌握理论知识后，具备实际分析动手能力。 毕业设计任务：以AT89C51作为核心处理器,设计了一个简易的温度测控报警系统。毕业设计主要技术数据：该系统能够测量0+90范围的温度,并且利用十进制实时显示温度值,当温度超过60时,系
2、统产生报警指示。毕业设计工作量要求：五千字以上（不包含图所占字符）毕业设计进度计划：第4周：下达毕业设计任务；第514周：进行毕业设计;第15周：上交毕业设计论文；第16周：毕业答辩。毕业设计应完成的技术资料：测温范围为0+90，精度误差在0.1以内参考文献：1、楼然苗，李光飞编著. 51系列单片机设计实例. 北京航天航空大学出版社2、先锋工作室. 单片机程序设计实例. 清华大学出版社教研室主任意见：系主管领导意见：任务下达日期2011年9月16日规定完成日期2011年11月26日基于单片机控制的温度控制报警系统摘 要.第一章：绪论. 1.1：课题背景.1.2：温度检测与及报警系统的国内外状况
3、.1.3：温度参数、温度检测和语音报警. 1.3.1 温度参数. 1.3.2 温度检测. 1.3.3 语音报警. 第二章:单片机温度控制和语音报警系统硬件设计.2.1温度控制和报警主机.2.2单片机的相关资料.2.3 AT89C51功能及特点.2.3.1特点. .2.3.2AT89S51 的引脚功能介绍. . .2.4传感器的选择.2.5 DS18B20 芯片简介.2.5.1功能介绍.2.5.2温度传感器的储存器.2.5.3 DS18B20内部逻辑图.2.5.4 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路.2.6 温度检测和报警主机硬件电路设计.2.7 单片机及复位键控制模块.2.8 LED的
4、介绍.第三章软件设计.3.1 设计思路.3.2 程序设计 . 3.2.1 主程序. 3.2.2 读出温度子程序. 3.2.3 温度转化命令子程序. 3.2.4 计算温度子程序. 3.2.5 显示数据刷新子程序. 3.2.6 LED 显示程序模块.第四章：系统调试 . 4.1 硬件调试 . 4.1.1 硬件静态的调试. 4.1.2 系统硬件调试.4.2 软件调试 .4.3 软硬联调.结论.致谢.参考文献.附录.第一章：绪论1.1：课题背景 温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程
5、对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力2。所以单片机在工业中应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占
6、用很大的空间。随着温度检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性,都有它自己的应用领域。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或用 4 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。1.2：温度检测与及报警系统的国内外状况温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压
7、成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统
8、的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了 SCM、MCU 和 SOC三大阶段在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用 MCS-51 单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和
9、数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。同时温度也是生活中最常见的一个物理量，也是人们很关心的一个物理量，它与我们的生活息息相关，有着十分重要的意义，在工业生产中，温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏，严重的会影响到生产安全。在日常生活中，温度过高或过低同样会造成一些不良影响。在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的一部分，对温度及时精确的控制和检测显得尤为重要。比如，农业上土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长；在医院的监护中也用到温度的测量。在工业中，料桶里外上限温度要求不一，以及热处理中工件各个
10、部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等。现代电子工业的飞速发展对自动测试的要求越来越高。采用单片机对温度进行控制,不仅具有控制方便和组态简单的优点,而且可以提高被控温度的技术指标。针对以上情况，在控制成本的前提下，通过本设计设计一款能够实时检测控制温度，又具有对系统设定不同的报警温度的温度控制报警系统功能。此系统能够满足现代生产生活的需要，效率高，具有较强的稳定性和灵活性。因此，在生产和生活中要对温度进行严格的控制，使温度在规定的范围内变化。通过本系统提高学生对于温度控制的认识。在学习实践中提高对理论的认知能力和动手解决实际问题的能力，达到教学实践相结合的目的。及采用先进的科学技术，加以丰富
11、的保安实际经验和知识，向社会提供各种超值安全设备服务，给用户带来安全和放心。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，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数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。1.3：温度参数、温度检测和语音报警1.3.1 温度参数基本范围0-90 LED 数码直读显示 1.3.2 温度检测通过 DS18B20 传感器检测测量温度，通过 AT89C51 单片机进行控制，通过用 4 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显
12、示。1.3.3 语音报警通过给单片机外接蜂鸣器实现第二章：单片机温度控制和语音报警系统硬件设计 2.1 温度控制和报警主机主控单片机采用一片ATMEL AT89C51。根据题目要求，充分利用了单片机灵活控制的优点，发挥其优势功能，采用单片机控制显示信号灯，提高了系统的灵活性，设置方便。AT89C51芯片本身集成了看门狗（WDT）电路，这是为了系统更加的稳定可靠，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生这种做法对于实际上长时间运行在恶劣状况的交通灯控制系统来说是十分必要的。它可以完成自动加载复位，省去人工调整的麻烦，可以做到无人职守2.2单片机的相关资料单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程
13、序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板，但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别。只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车
14、的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 2.3 AT89C51功能及特点2.3.1特点 兼容 MCS-51 指令系统 32 个双向 I/O 口 2 个 16 位可编程定时/计数器 全双工 UART 串行中断口线 2 个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（WDT）电路 灵活的 ISP 字节和分页编程 4k 可反复擦写(1000 次）ISP Flash ROM 4.5-5.5V 工作电压 时钟频率 0-33MHz 128x8bit 内部 RAM 低功耗空闲和省电模式 3 级加密位 软
15、件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 单片机引脚图2.3.2AT89S51 的引脚功能介绍：VCC：AT89C51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 AT89C51XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一个20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各
16、项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/VPP：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（VPP）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的
17、缩写，表示地址锁存器启用信号。 AT89C51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373）将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89C51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89C51可以利用PS
18、EN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一个完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT2（P2.0P2.7）
