温度监测报警系统设计报告

0目录一、设计任务与设计要求..............................................................................1二、设计原理................................................................................................12.1主要硬件介绍.................................................................................................12.1.1DS18B20数字温度传感器..................................................................12.1.2AT89C51单片机芯片..........................................................................32.2系统原理结构.................................................................................................3三、设计方案................................................................................................43.1硬件部分.........................................................................................................43.1.1温度测量模块......................................................................................43.1.2LED数码管显示模块..........................................................................43.1.3按键模块..............................................................................................53.1.4系统整体结构仿真图..........................................................................53.2软件部分.........................................................................................................53.2.1DS18B20传感器程序...........................................................................53.2.2键盘读取及确认程序...........................................................................73.2.3DS18B20操作流程图...........................................................................8四、调试与性能分析.....................................................................................94.1proteus仿真结果.............................................................................................94.2实物测试..........................................................................................................94.2.1正常情况...............................................................................................94.2.2报警状态.............................................................................................10五、心得体会..............................................................................................10六、成品展示..............................................................................................11七、附录部分..............................................................................................12附件一、电路设计原理图............................................................................12附件二、系统设计原始代码程序.................................................................131一、设计任务与设计要求本设计主要利用单片机AT89C51芯片和以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20相结合来实现装置周围温度的采集，其中以单片机AT89C51芯片为核心，辅以温度传感器DS18B20和LED数码管及必要的外围电路，构成一个结构简单、测温准确、具有一定控制功能的温度监视警报装系统。功能要求：添加温度报警功能，通过4个按键来设置温度的上下限值，当用DS18B20测得的温度不在所设置的温度范围内，蜂鸣器开始鸣报。二、设计原理2.1主要硬件介绍2.1.1DS18B20数字温度传感器DS18B20数字温度传感器提供9~12位摄氏温度的测量，拥有非易失性用户可编程最高与最低触发点告警功能。DS18B20通过单总线实现通信，单总线通常是DS18B20连接到中央微控制器的一条数据线（和地）。它能够感应温度的范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃的测量的精度是±0.5℃，而且DS18B20可以直接从数据线上获取供电（寄生电源）而不需要一个额外的外部电源。DS18B20使用DALLAS独有的单总线（1—wire）协议使得总线通信只需要一根控制线，控制线需要一个较小的上拉电阻，因为所有的期间都是通过三态或开路端口连接在总线上的（DS18B20是这种情况）。在这种总线系统中，微控制器（主器件）识别和寻址挂接在总线上具有独特64位序列号的器件。因为每个器件拥有独特的序列号，因此挂接到总线上的器件在理论上是不受限制的，单总线（1-wire）协议包括指令的详细解释和“时隙”。这个数据表包含在单总线系统（1-WIREBUSSYSTEM）部分。DS18B20的另外一个特征是能够在没有外部供电的情况下工作。当总线为高的时候，电源有上拉电阻通过DQ引脚提供，高总线信号给内部电容（Cpp）充电，这就使得总线为的时候给器件提供电源，这种从单总线上移除电源的方法跟寄生电源有关，作为一种选择，DS8B20也可以采用引脚VDD通过外部电源给器件供电。DS18B20引脚定义：(1)GND为电源地；(2)DQ为数字信号输入/输出端；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）图2.1.1DS18B20引脚排列图2DS18B20温度测量DS18B20测温原理如图2.1.2所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2.1.2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20工作时序DS18B20需要严格的单总线协议以确保数据的完整性。协议包括集中单总线信号类型：复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号，除存在脉冲外，都是由总线控制器发出的。和DS18B20间的任何通讯都需要以初始化序列开始。一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明DS18B20已经准备好发送和接收数据。在初始化序列期间，总线控制器拉低总线并保持480us以发出（TX）一个复位脉冲，然后释放总线，进入接收状态（RX）。单总线由5K上拉电阻拉到高电平。当DS18B20探测到I/O引脚上的上升沿后，等待15-60us,然后发出一个由60-240us低电平信号构成的存在脉冲DS18B20的数据读写是通过时序处理位来确认信息交换的。有两种写时序：写1时序和写0时序。总线控制器通过写1时序写逻辑1到DS18B20，写0时序写逻辑0到DS18B20。所有写时序必须最少持续60us，包括两个写周期之间至少1us的恢复时间。当总线控制器把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，写时序开始。总线控制器要生产一个写时序，必须把数据线拉到低电平然后释放，在写时序开始后的15us释放总线。当总线被释放的时候，5K的上拉电阻将拉高总线。总控制器要生成一个写0时序，必须把数据线拉到低电平并持续保持（至少60us）。总线控制器初始化写时序后，DS18B20在一个15us到60us的窗口内对I/O线采样。如果线上是高电平，就是写1。如果线上是低电平，就是写0。总线控制器发起读时序时，DS18B20仅被用来传输数据给控制器。因此，总线控制器在发出读暂存器指令[BEh]或读电源模式指令[B4H]后必须立刻开始读时序，DS18B20可以提供请求信息。除此之外，总线控制器在发出发送温度转换指令[44h]或召回EEPROM指令[B8h]之后读时序。所有读时序必须最少60us,包括两个读周期间至少1us的恢复时间。当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1us,然后总线被释放在总线控制器发出读时序后，DS18B20通过拉高或拉低总线上来传输1或0。当传输逻辑0结束后，总线将被释放，通过上拉电阻回到上升沿状态。从DS18B20输出的数据在读时序的下降沿出现后15us内有效。因图2.1.2DS18B20测温原理框图3此，总线控制器在读时序开始后必须停止把I/O脚驱动为低电平15us,以读取I/O脚状态。2.1.2AT89C51单片机芯片AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes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-