1、目 录第一章 绪 论 .- 2 -1.1 课题背景与意义 .- 2 -1.2 设计题目介绍 .- 2 -1.3 课题的设计目的 .- 3 -第二章 系统总体框架 .- 4 -2.1 设计任务与要求 .- 4 -2.1.1 设 计 任 务 .- 4 -2.1.2 设计要求 .- 4 -2.2 设计思路 .- 4 -2.3 设计框图 .- 5 -第三章 系统软件设计 .- 6 -3.1 程序流程图 .- 6 -3.2 主要程序 .- 6 -第四章 系统硬件设计 .- 9 -4.1 器件选择 .- 9 -4.1.1 控制部分 .- 9 -4.1.2 测温部分 .- 9 -4.1.3.显示部分 .-
2、9 -4.1.4.报警部分 .- 10 -4.2 硬件连接图 .- 11 -4.3 按键扫描流程 .- 11 -4.4 8051 单片机引脚功能介绍 .- 12 -4.4.1 电源 .- 12 -4.4.2 时钟 .- 12 -4.4.3 控制线 .- 12 -4.4.4 I/O 线 .- 13 -第五章 结论与收获 .- 14 -5.1 设计结论 .- 14 -5.2 设计收获 .- 14 -参考文献 .- 15 -第 1 章 绪 论1.1 课题背景与意义自 18 世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎 80%的工业部
3、门都不得不考虑着温度的因素。温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。本课题围绕基于单片机的温度测控系统展开应用研究工作。该设计方案实现了温度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高，可维护性好。温度在工农业生产中起着举足轻重的作用，在冶金、医药、食品制造和化学制造业等行业尤其显得重要。在适当的温度下生产的产品质量、产量和合格率会大大的提高。有些药品的生产和存储要在很低的温度下进行；石油
4、分馏的过程中在不同的温度下才能分离出汽油、柴油、煤油、硫化物；食品的制造和存储也要在特定的温度下才能保证质量。在农业大棚蔬菜和室内圈养牲畜对于环境温度的要求也很高，大棚蔬菜的温度基本上要保证在 2030。鸡舍的育雏期温度要控制在 36左右。随着社会生产力和科学技术的发展，工农业生产对于温度的要求会越来越高，这样就需要系统不但可以测出室内的实际温度，还可以通过上位机来进行实时的控制，调整环境的温度。在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检
5、测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。1.2 设计题目介绍该温度测量报警系统以 AT89C51 单片机为核心控制芯片，实现温度检测报警功能的方案。该系统通过调节可调电阻调节电压作为模拟输入量，通过 A/D转换成温度信息进行显示，程序内部设定有报警上下限，根据应用环境不同可设定不同的报警上下限。该系统实现了对温度的自动监测，为设备的正常运行提供了条件，在工业中具有一定的实用价值和广泛的应用前景。另外该方案显示部分采用点阵屏来显示温度。本文详细阐述了单片机的内部结构，系统硬件电路和软件程序的设计及调试过
6、程，同时给出了原理图、流程图等。涵盖了从需求分析，系统设计，编程，原理图，PCB 图以及最后的试验板焊制等产品开发的基本过程。1.3 课题的设计目的1. 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。2. 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。第 2 章 系统总体框架2.1 设计任务与要求2.1.1 设 计 任 务设计并开发能自动测温并具有显示和报警系统的温度测量控制系统，要求以 18b20
7、 做为温度测量传感器，以点阵屏做为温度等信息显示装置，以蜂鸣器为报警装置，能实现实时温度显示、温度上下限设定、温度上下限报警等功能。2.1.2 设计要求（1）单片机开发仪提供的 18b20 温度传感器做为温度采集传感器。对温度进行实时采集。（2）本组（第二组）使用点阵屏做为信息显示装置。（3）显示内容要求如下：实时显示当前温度。 1对上下限进行设定时显示设定值。（要求显示的设定值能随按键按下 2而变化）温度高于上限或低于下限时显示屏有相应显示。（报警显示内容可自 3定）（4）使用按键或 4*4 键盘做为输入设备，用于设定报警上下限。（5）使用蜂鸣器做为报警装置，低于下限时短鸣 3 次为一组报警
8、，每组报警之间有一定间隔，直至温度高于下限，2 秒长鸣后表示已高于下限；高于上限是持续长鸣，直至低于上限时，短鸣 3 次示意已低于上限。（6）可拓展其他功能做为发挥部分2.2 设计思路本装置采用 AT89S51 作为处理器，DS18B20 作为温度传感器，使用点阵屏做为信息显示装置，能对周围的环境温度进行检测并报警。2.3 设计框图做一个完善的温度测温硬件接线框图对整体的构思和设计都有很大帮助。我们根据 18b20 测温，经单片机处理，用矩阵键盘输入来调整温度上下限，采用蜂鸣器报警，16*16LED 点阵输出显示，具体系统硬件框图见图 2-1 所示。图 2-1 系统硬件框图第 3 章 系统软件
9、设计3.1 程序流程图 系统的软件设计框图流程是整个课设实训的灵魂所在，在详细的软件框图里我们能对系统内部参数调整和调试有具体的把握，下图为软件框图，如 3-1所示。图 3-1 软件框图3.2 主要程序1）得到温度的程序void Task_GetTemperature(void)/* 查看此任务是否注册 */if(GetFlag(FlagGroup, Flag_Task_GetTemperature)/* 清除注册信息 */ResetFlag(FlagGroup, Flag_Task_GetTemperature);/* 执行任务主体 */ Ds18b20ReadTemp( /* 获得温度 *
10、/CheckTemperature( /* 检查温度 */SetFlag(FlagGroup, Flag_Task_UpdateImage16X16);SetFlag(FlagGroup, Flag_Task_WaitFor1Second);SetFlag(FlagGroup, Flag_Task_Warning);2）检查温度是否超限void CheckTemperature(int *Temperature, WarningStruction *WarningStruct)WarningEnum TempEnum;TempEnum = WarningStruct-WarningStatus
11、;if(LastTemperature WarningStatus = LowerThanLimitL;if(*Temperature Temperature_L_Limit)WarningStruct-WarningStatus = PassLimitLFromL;if(*Temperature Temperature_H_Limit)WarningStruct-WarningStatus = HightThanLimitH;if(LastTemperature Temperature_L_Limit) if(*Temperature Temperature_L_Limit)WarningS
12、truct-WarningStatus = WithinLimit;if(*Temperature Temperature_H_Limit)WarningStruct-WarningStatus = PassLimitHFromL;if(LastTemperature Temperature_H_Limit)if(*Temperature WarningStatus = LowerThanLimitL;if(*Temperature Temperature_L_Limit)WarningStruct-WarningStatus = PassLimitHFromH;if(*Temperature
13、 Temperature_H_Limit)WarningStruct-WarningStatus = HightThanLimitH;if(TempEnum != WarningStruct-WarningStatus) WarningStruct-FlagStatusChanged = 0xff;if(*Temperature Temperature_H_Limit)DS18B20_Status = BeyondLimit_H;if(*Temperature Temperature_L_Limit)DS18B20_Status = JustNothing;LastTemperature =
14、*Temperature;3）刷新图片的任务（将温度值转换成图片）void Task_UpdateImage16X16(void)/* 查看此任务是否注册 */if(GetFlag(FlagGroup, Flag_Task_UpdateImage16X16)/* 清除注册信息 */ResetFlag(FlagGroup, Flag_Task_UpdateImage16X16);/* 执行任务主体 */Temperature2Image16X16(Image16X16, Temperature); /* 将温度转换成图片 */if(DS18B20_Status = BeyondLimit_L)i
15、f(WarningLog = 1)TemperaatureANDWarning(Image16X16, 2);TemperaatureANDWarning(Image16X16, 3);if(DS18B20_Status = BeyondLimit_H)if(WarningLog = 3)TemperaatureANDWarning(Image16X16, 4);TemperaatureANDWarning(Image16X16, 1);if(DS18B20_Status = JustNothing)if(WarningLog = 3)TemperaatureANDWarning(Image1
16、6X16, 4);if(WarningLog = 1)TemperaatureANDWarning(Image16X16, 2);第 4 章 系统硬件设计4.1 器件选择4.1.1 控制部分AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM）；器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 IS
17、P Flash 存储单元，AT89S51 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。4.1.2 测温部分温度芯片 DS18B20 是一线式数字温度传感器，具有小体积封装形式。被测温度用符号扩展的 1 6 位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。C P U 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20 测温原理：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。4.1.3.显示部分
18、使用按键或 4*4 键盘做为输入设备，用于设定报警上下限.使用点阵屏做为信息显示装置。点阵数据串行输入,器件为移位寄存器 74HC595,门控和扫描信号常以 16 点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以 88LED 点阵构成一个 LED 显示单元,采用列共阳行共阴的编排方式。其驱动分为行列两部分,分别来自于行移位寄存器、列数据译码器,列数据是扫描数据,16 行中每次只有一列被驱动,采用逐列扫描方式,行数据则为汉字的点阵码。对于字符和图形显示也可以用点阵处理,其显示原理和方法相同。行驱动电路使用四片 74HC595，连接如图 4-1 所示。图 4-1 显示硬件图4.1.4.报警部分蜂鸣器基本情况介绍：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”。 原理图如下图 4-2 所示。使用蜂鸣器做为报警装置，低于下限时短鸣 3 次为一组报警，每组报警之间有一定间隔，直至温度高于下限，2 秒长鸣后表示已高于下限；高于上限是持续长鸣，直至低于上限时，短鸣 3 次示意已低于上限。
