温度报警器传感器课程设计报告

摘要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文主要介绍了一个基于89S51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：单片机报警系统DS18B20温度传感器数字温度计AT89S52目录1、概述..................................................................................................11.1课程设计的意义.......................................................................11.2设计的任务和要求...................................................................12、系统总体方案及硬件设计............................................................22.1数字温度计设计方案论证.......................................................22.1.1方案一..............................................................................22.1.2方案二..............................................................................22.2系统总体设计.............................................................................32.3系统模块.....................................................................................42.3.1主控制器..........................................................................42.3.2显示电路..........................................................................52.3.3温度传感器......................................................................52.3.4报警温度调整按键..........................................................63、系统软件算法分析........................................................................73.1主程序流程图.............................................................................73.2读出温度子程序.........................................................................73.3温度转换命令子程序.................................................................83.4计算温度子程序.......................................................................83.5显示数据刷新子程序.................................................................83.6按键扫描处理子程序.................................................................94、实验仿真.........................................................................................105、总结与体会.....................................................................................11查考文献.............................................................................................12附1源程序代码.............................................................................132实物图.......................................................................................201概述1.1课程设计的意义本次课程设计是对于我们所学的传感器原理知识所进行的一次实际运用，通过自主的课程设计和实际操作，可增加我们自身的动手能力。特别是对温度传感这方面的知识有了实质性的了解，对进一步学习传感器课程起到很大的作用。本课程设计通过查阅相关资料，在老师和同学的帮助下完成，在锻炼了自我的同时也增强了自己的团队意识和团队协作精神。1.2设计的任务和要求1、基本范围-50℃-110℃2、精度误差小于0.5℃3、LED数码直读显示4、可以任意设定温度的上下限报警功能2系统总体方案及硬件设计2.1数字温度计设计方案论证2.1.1方案一2.1.1由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，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，这种设计需要用到A/D转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。2.1.2方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以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，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2系统总体设计温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。LED显示单片机复位蜂鸣器，指示灯AT89S51报警温度调整键DS18B20时钟振荡温度传感器图2.2—1总体设计方框图图2.2—2系统仿真图2.3系统模块系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。2.3.1主控制器2.3.1单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。图2.3.1—1晶振电路图2.3.1—2复位电路2.3.2显示电路2.3.2显示电路采用4位共阴极LED数码管，P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。图2.3.2数码管显示电路2.3.3温度传感器2.3.3DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新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：1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3、无须外部器件；4、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；5、零待机功耗；6、温度以９或１２位数字；7、用户可定义报警设置；8、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；9、负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。图2.3.3温度传感器与单片机的连接2.3.4报警温度调整按键本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖3系统软件算法分析系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描处理子程序等。3.1主程序流程图主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3.1所示。初始化读取温度读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令调用显示子程序NSET键是否按下Y设置报警温度图3.1主程序流程图3.2读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图3.2示3.3温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图3.3所示发DS18B20复位命令发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令发读取温度命令结束读取操作，CRC校验图3.3温度转换流程图YN9字节完？YCRC校验正？N移入温度暂存器结束图3.2读温度流程图3.4计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3.4所示。3.5显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。程序流程图如图3.5。开始N温度零下?Y温度值取补码置“1”标志置“0”标志温度数据移入显示寄存器分离显示温度Y标志位为1？NY计算小数位温度BCD值最高位显示“—”计算整数位