智能温度计

学科分类号520·6070题目智能温度计姓名马旭东学号11110130院（系）工程与信息学院专业计算机科学与技术指导教师于永涛2014年12月19日摘要本论文的主要内容是详细叙述使用AT89C51型号单片机来进行智能数字温度计设计的思路与相关知识的理解。这种温度计一般选取AT89C51单片机为这个系统的控制中心，温度传感器选择DS18B20传感器，采用1602液晶显示器作显示，选择hc-05主存一体蓝牙串口模块实现手机连接等。整个设计主要包括以下几个部分：主控模块，显示模块，温度采集模块，蓝牙连接模块和报警模块，实现了对温度的测量，显示，和报警等功能。关键词：AT89C52单片机；数字温度传感器DS18B20；显示器1602LCD；hc-05主存一体蓝牙串口模块；目录摘要..........................................................-1-1绪论............................................................31.1选题的背景.................................................31.2智能数字温度计简介.........................................31.2.1智能数字温度计的特征...................................31.2.2设计实现的目标........................................42智能数字温度计的硬件电路设计....................................52.1控制电路...................................................52.1.1MCU简介...............................................52.1.2最小系统模块..........................................62.2温度传感器设计.............................................72.2.1DS18B20简介...........................................72.2.2温度传感器与单片机的连接..............................92.2.3复位信号及外部复位电路................................92.3单片机与报警电路..........................................102.4显示电路..................................................103软件设计.......................................................113.1DS18b20的读操作..........................................113.2DS18b20的温度数据处理....................................133.31602显示部分.............................................143.4hc-05主存一体蓝牙串口模块部分.............................153.4.1蓝牙模块简介........................................153.4.2模块功能............................................163.4.3模块引脚说明........................................174运行测试.......................................................174.1温度测试...................................................274.2报警设置...................................................I4.3报警测试..................................................IABSTRACT......................................................错误!未定义书签。参考文献.........................................................30附录1程序源代码..................................错误!未定义书签。1绪论1.1选题的背景在现在这样的信息化时代，信息技术随处可见，可以说是离不开我们的生活了，以后我们的生活就是在茶余饭后最多的话题就是我家的机器人性能怎么样，我家的智能遥控电视怎么样，我家的智能空调怎么了之类的话，本课题设计的智能数字温度计也将是以后我们生活中离不开的必需品。在现在这样的信息化时代，智能化才是我们追求的更高点，智能机器人，智能电视，智能、智能…什么都是智能的，当然也包括本课题设计的智能温度计，传统的温度计都有很多的缺陷，比如说水银温度计，他利用的就是最原始的热胀冷缩原理，这种温度计的最大的缺点就是误差太大，而且读数也不方便等等各方面的缺点，与传统的这些相比，本课题中的智能数字温度计就先进了很多，本设计中的智能数字温度计选用AT89C51型号的单片机作为主要的控制程序，温度传感器采用DS18B20，至于显示设备一般采用型号为LCD1602的液晶显示器。HC-05主从一体蓝牙串口模块作为连接手机设备，在这些设备中DS18B20可直接读取所测温度值，所测温度范围最小-55℃，最大+125℃所测范围宽，误差小读数方便就是本课题设计的主要优点。1.2智能数字温度计简介1.2.1智能数字温度计的特征在我们日常生活中温度是我们实时在接触的物质，比如室内、室外温度，冬天是多少，夏天是多少，根据温度人们可以选择合适的衣着，传统的水银温度计、指针式的温度计虽然能测出温度，但是测量精度低，测量范围小，读数不方便等等有各方面的不足，数字温度计的出现可以弥补传统温度计的缺点，并且具有精度高，范围广，读数方便等优点，在本设计中还有一个亮点就是数字温度计可以连接手机，在手机上面显示温度，如果温度低于上下限就会提醒主人注意衣着，本设计的数字温度计除了上面说的那些优点之外，比其他的温度计设计更具人性化。智能数字温度计的工作过程主要包括以下几个方面，首先是通过温度传感器把有关温度变化的情况以信号的形式进行传送，在此过程中电信号可以通过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给单片机处理单元，，处理单元经过内部的软件计算通过转换器用信号的形式来显示具体的温度大小，之后依靠LCD液晶显示器或者是LED数码管把相应的结果展现给人们。这个过程就是温度计的测温过程。41.2.2设计实现的目标1)采集测温范围为-55～+120℃.2)温度精度在0.1℃；误差±0.2℃以内.3)显示模块，采用1602液晶显示.4)按键3个,设置、加、减.5)报警设置10-90度.低于下限报警，高于上限报警2智能数字温度计的硬件电路设计2.1控制电路2.1.1MCU简介CPU是整个控制部分的核心。在考虑经济性和满足需求的前提下，本设计选用AT89C51作为整个控制系统的核心部分，它的内部含有可以进行系统的编程的存储器。Flash存储器功能比较强大，在对它进行编程时不仅可以在线操作，也可以使用一般的方法进行操作。编好的程序主要存储在芯片中，它的功能比较强大。所以，选用AT89C51作为本设计的控制中心。器件管脚图如图3-2：6图3-2AT89C51管脚图在本设计中，AT89C51单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要，不需要系统扩展。AT89C51单片机具有以下功能:4k字节Flash,128字节的内存,两个16位定时器/计数器，32条I/O端口线,和一个5向量2级中断结构、全双工串行通信端口,在芯片内置晶振及时钟电路。此外,AT89C51单片机可以减少到0赫兹静态逻辑操作,支持两种类型的软件可以选择节电模式。芯片同时也有PDIP,TQFP,PLCC,三种包装形式,以适应不同产品的需要[1]。3、AT89C51的编程方法编程需按如下顺序进行：①在地址线上加上要编程单元的地址信号。②在数据线上加上要写入的数据字节。③激活相应的控制信号。④将EA/Vpp端加上+12V编程电压。⑤每两个Flash存储阵列写入单个的字节或者是单个的程序时需要加一个ALE/PROG编程脉冲。单个字节写入所需要的时间一般在50us左右，改变编程单元的地址和写入的数据，对这五个步骤进行重复直到文件编程全部完成。单片机的现状及发展方向：单片机产生的客观原因是由于工业化的发展原有的计算机不能满足市场的需求。单片机作为自动控制系统的重要组成部分被广泛运用在工业生产中，由于单片机和其他的计算机相比具有占用空间小、价格低廉、功能多样化、操作方便的特点，所以它在加工制造领域被广泛使用。由于单片机在工业控制应用中工作环境恶劣,高温、强电磁干扰,甚至接触腐蚀性气体,在太空工作的单片机,除此之外它还要有抗辐射干扰的能力，这就要求单片机的ＣＰＵ整体性能要高于一般计算机ＣＰＵ的性能，单片机ＣＰＵ的发展方向主要有以下几个方面：(1)可靠性高；(2)控制功能强，数值交叉计算；(3)指令系统比通用微处理器慢的多；(4)受外界情况干扰小，工作温度要求低。2.2.2最小系统模块7在这次课程设计中，根据课题的需要采用的是ATMEL公司51系列单片机AT89C51芯片作为控制芯片。在实际运用中如果只用单片机芯片是没有办法达到所设计的目的，还要有相配套的电路，这样才能组成一个完整的控制系统达到设计的要求。在本次设计中主要采用AT89C51芯片和相配套的电路来组成所需要的模块进行研究，模块中一些具体的参数主要是选用P3口作1602的命令数据控制、时钟、读写控制、和使能控制接口，P2口作按键扫描接口，P2.3作DS18B20的总线接口。P2.5，P2.7作报警控制接口。其电路连接图3-3如下：图3-2数据处理及控制模块2.3温度传感器设计2.3.1DS18B20简介DS18B20可以设定9~12位的分辨率，其精确度比较高。为了满足实际的工作需要也可以采用比较小的封闭方式和相对较宽的电压。设定的分辨率及报警温度存储在EPROM中，掉电后不会丢失。温度传感器DS18B20引脚如图3-4所示。8图2-3DS18B20TO－92封装温度传感器引脚功能说明：VDD：可选电源脚，电源电压范围3~5.5V。DQ：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。GND：为接地电源脚。图2-4DS18B20内部结构图DS18B20的组成部分主要包括：光刻64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器这四部分，它们在其内部按照一定得结构进行排列。光刻64位ROM它的序列号排列是有一定规律的，一般情况下排在首位的是８位不同类型的产品标签，之后是DS18B20的序列４８位序列号，排在最后的是前面所有序列号的校验码，我们通过总结可以知道64光刻ROM的作用是保证每个DS18B20都不一样，这样就可以满足总线连接多个DS18B20的要求。DS18B20温度传感器主要包括的高速内存非常容易丢失，内存ＲＡＭ主要有八个字节组成，这八个字节所包含的内容有很大的区别。其中第一个字节是9是低八位，第二个字节是高八位，第三个和第四个字节是最高和最低位的的非易失性复制,第五个字节是结构寄存器的非易失性复制,第三,第四,第五个字