环境温度测量与报警系统

湖南工程学院课程设计课程名称单片机原理与应用课题名称环境温度与报警专业电气工程及其自动化班级1192班学号201101019220姓名李再兵指导教师赵葵银2013年09月02日等级:湖南工程学院课程设计任务书课程名称单片基原理与应用课题环境温度与报警专业班级电气工程及其自动化学生姓名李再兵学号201101019220指导老师赵葵银审批赵葵银任务书下达日期2013年09月02日任务完成日期2013年09月13日设计内容与设计要求设计内容：以51系列单片机为核心，以开发板为平台；设计一个环境温度监测与保护系统，要求使用温度传感器DS18B20测量温度，再经单片机处理后，由LED数码管显示测量的温度值。测温范围为0~100℃，超过100℃度报警；并要求焊接好开发板，在开发板上进行调试。设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要元器件选择；4）开发板焊接及测试5）系统软件设计及调试；6）系统联调及操作说明7）写说明书主要设计条件1.MCS-51单片机实验操作台1台；2.PC机及单片机调试软件，仿真软件proteus；3.开发板1块；4.制作工具1套；5.系统设计所需的元器件。说明书格式1.封面2.课程设计任务书3.目录4.系统总体方案设计5.系统硬件设计6.软件设计（包括流程图）7.系统的安装调试说明8.总结9.参考文献10.附录11.课程设计成绩评分表。进度安排设计时间分为二周第一周星期一、上午：布置课题任务，课题介绍及讲课。下午：借阅有关资料，总体方案讨论。星期二、分班级焊接开发板星期三、确定总体方案，学习与设计相关内容。星期四、各部分方案设计，各部分设计。星期五、设计及上机调试。星期六、设计并调试第二周星期一：设计及上机调试。星期二：调试，中期检查。星期三：调试、写说明书。星期四--星期五上午：写说明书、完成电子版并打印成稿。星期五下午：答辩。参考文献参考文献1、王迎旭编.《单片机原理与应用》[M].机械工业出版社，2010。2、楼然苗编.《51系列单片机设计实例》[M].北京航空航天大学出版社，2006。3、黄勤编.《计算机硬件技术基础实验教程》[M].重庆大学出版社，2004。4、刘乐善编.《微型计算机接口技术及应用》[M].华中科技大学出版社，2004。5、陈光东编.《单片微型计算机原理及接口技术》[M].华中科技大学出版社，2005。目录摘要······························································1第1章引·························································21.1课题背景·····················································21.2研究内容和意义···············································3第2章DS18B20概述················································42.1DS18B20封装形式及引脚功能···································42.2DS18B20内部结构·············································52.3DS18B20供电方式·············································62.4DS18B20的测温原理··········································6第3章总体设计方案···············································83.1设计目的····················································83.2设计任务与要求··············································83.2.1设计任务················································83.2.2设计要求················································83.3基本思路····················································83.4总体设计框图················································8第4章系统硬件设计···············································94.1单片机最小系统的设计········································94.2温度采集电路的设计···········································104.3LED显示电路的设计···········································104.4报警电路的设计··············································11第5章系统软件设计···············································125.1主程序设计··················································125.2温度测量模块程序设计········································13第6章系统的安装调试与仿真·······································146.1安装与调试···················································146.2仿真························································146.2.1软件仿真················································146.2.2系统性能测试············································14第7章总结·······················································16参考文献··························································17附录A：元件清单··················································18附录B：硬件原理图················································18附录C：源程序清单················································19摘要随着时代的进步和发展，温度的测试已经影响到我们的生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。本文主要介绍了一个基于STC89C52单片机的数字温度报警器系统。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，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温度的采集和报警，并可以根据需要任意上下限报警温度，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，也可以当做温度处理模块潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与STC89C52结合实现最简温度报警系统，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、温度检测、STC89C52、DS18B20第1章引言1.1课题背景温度是工业对象中主要的被控参数之一，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的温度处理要求严格控制。随着科学技术的发展，要求温度测量的范围向深度和广度发展，以满足工业生产和科学技术的要求。基于单片机系统的可移植性、扩展性，利于现代测控、自动化、电气技术等专业实训要求。以单片机为核心设计的温度报警器，具有安全可靠、操作简单方便、智能控制等优点。温度对于工业生产如此重要，由此推进了温度传感器的发展。温度传感器主要经过了三个发展阶段：（1）模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，具有功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗、外围电路简单等特点。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；（2）模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，如LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；（3）智能温度传感器(亦称数字温度传感器)。智能温度传感器是在20世纪90年代中期问世的，其内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片机测温系统等的方向发展。数字化温度传感器可以直接将温度量以数字脉冲信号形式输出，具有测量精度高、抗干扰能力强、传输距离远、外围接口电路简单等诸多优点。同时数字温度传感器还可直接与微处理器进行接口，大大方便了传感器输出信号的处理.数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件，它集温度测量，A/D转换于一体，具有单总线结构，数字量输出，直接与微机接口等优点。1.2研究内容和意义本温度报警器以STC系列单片机为控制核心,开发板为平台，数字温度传感器DS18B20测量被控温度，结合7段LED组合而成。当被测量值超出预设范围则发出警报，且精度高，适用于大多数工业生产以及教育教学领域。温度是一种最基本的环境参数，它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。因此，研究温度的测量和控制方法具有重要的意义。第2章DS18B20概述DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改进型“单总线”智能数字温度传感器，只需一根线就能直接读出被测温度值，并可根据实际需求来编程实现9~12位数字值的读数方式。2.1DS18B20封装形式及引脚功能图2.1DS18B20封装形式和引脚功能如图2.1所示，DS18B20引脚名称及定义如下表：引脚定义GND电源负极DQ信号输入输出VDD电源正极NC空2.2DS18B20内部结构C64位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd图2.2中出示了DS18B20的主要内部部件，下面对DS18B20内部部分进行简单的描述:(1)64位ROM：64位ROM是由厂家使用激光刻录的一个64位二进制ROM代码，是该芯片的标识号，如表2.1所示：表2.164位ROM标识8位循环冗余检验48位序列号8位分类编号（10H）MSBLSBMSBLSBMSBLSB第1个8位表示产品分类编号，DS18B20的分类号为