1、编号： 课程设计说明书（基础工程设计）题 目：基于单片机的温度警报系统 学 院： 信息与通信学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2016 年 12 月 20 日桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 1 页摘 要在我国的现代化进程中，对很多的外界温度的测量不再凭人为感官，而是更多的依靠数字的直接体现。温度直观的数字体现对于工业生产、疾病诊断、用电安全等方面有着很重要的作用。对于一定区域内的温度失控及时的发出警报，让损失降到最低，不让灾难的范围扩大。本文介绍了基于 STC89C52
2、 单片机、DS18B20 温度传感器的温度警报器的设计。使用 LCD 液晶显示屏实时显示当前温度。还拥有可调节上下限温度按键，当温度失控时（即超出监控的温度区间）及时发出警报。关键词：STC89C52 单片机；DS18B20 温度传感器；温度警报桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 1 页目 录引言 .11 课程设计的要求 .12 设计方案 .12.1 可控门限温度警报器的设计分析 .12.2 各模块方案选择与论证 .13 硬件及其关键技术介绍 .33.1 电路设计 .33.2 单片机最小系统的设计 .44 软件设计 .94.1 主程序流程图 .94.2 电路仿真图 .10
3、5 性能测试 .105.1 测试用例 .105.2 测试结果分析 .115.3 测试过程错误分析 .116 设计总结 .11谢 辞 .13参考文献 .14附 录 .15桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 26 页1引言在众多场合需要用到温度报警器。例如变压器超温报警、冰箱温度异常、环境温度监测、配电柜温度监测、蔬菜大棚等地方都可应用。本次设计基于温度传感器和单片机实现了在一个温度区间内的监控，提供了警报和显示功能。其研究具有一定的学术价值和广泛的市场前景。1 课程设计的要求本设计采用 STC89C52 单片机为核心，结合液晶显示屏 1602 和温度传感器 18B20等外围
4、电路，通过程序组成一个温度报警器，使其具有如下功能。具体要求有：1、 能够实时显示当前温度2、 能够用按键调节上下限温度3、 超出所监控的温度区间发出警报2 设计方案2.1 可控门限温度警报器的设计分析本文介绍的是采用数字温度传感器作为敏感元件的温度警报器，当温度超出或低于所给的温度区间时，会发出警报声以及相应的灯会亮，温度过高时蜂鸣器发出混浊的声响及红灯亮，温度过低时蜂鸣器发出尖锐的声响及绿灯亮。此次设计的温度区间可通过按键调节。2.2 各模块方案选择与论证2.2.1 单片机的选择方案一：采用 STC89C52 单片机。STC89C52 单片机是 STC 公司生产的低功耗，高可靠的单片机，是
5、一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。它具有 8K 字节可编程 FLASH 存储器（次数：100,000 次以上） ，512位内部 RAM，两个 16B 定时/计数器，低功耗的闲置和掉电模式且支持在线仿真。用STC 提供的 STC-ISP.exe 工具可将原有的代码下载进 STC 相关的单片机，或用通用编程器编程。STC89C52 芯片功能强大，内部超级加密， ，利用 ISP 技术写入程序，无读桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 26 页2出命令，无法解密，可灵活应用于各种控制领域且价格便宜。方案二：采用陵阳 61 单片机（SPCE061A
6、 ） 。该单片机有 32 位通用可编程输入/输出端口，2 个 10 位 DAC（数-模转换）输出通道，7 通道 10 位电压模-数转换器（ADC ）和单通道语音模-数转换器。具有 RAM、ROM 空间大、指令周期短、运算速度快、低功耗、低电压等特点，其中声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制（AGC）功能：可编程音频处理，使用凌阳音频编码 SACM_S240 方式（2.4K 位/秒） ，能容纳 210 秒的语音数据，但价格昂贵。综上所述，由于方案一价格低廉，本系统程序小，储存器容量小，能实现系统功能，故采用方案一。2.2.2 按键的选择按键控制采用独立式按键，直接在单片机的 I/
7、O 口上接上按键。如图所示：图 2-1 独立按键key0 实现温度减一操作；key1 具有两个功能：1.切换当前操作上 /下限温度状态，2.实现温度加一操作。2.2.3 显示方案的选择方案一：采用传统的数码管显示。数码管具有低压低耗能、寿命长、对外界环境要求低等特点，而且其精度比较高。采用 BCD 编码方式显示数字，程序编译简单，但占用 I/O 接口较多。方案二：采用 MZLH01-12864 显示。MZLH01-12864 为一块 12864 点阵的 LCD显示模组，模组自带两种字号的二级汉字库，并且自带基本绘图 GUI 功能，包括画点、画直线、矩形、圆形等；此外还自带有两种字号的 ASCI
8、I 码西文字库。模组上为串行SPI 接口，电源和背光之外通信仅需要连接一根从机选择线（SS） 、一根时钟线（SCK ） 、一根数据线（SDA）以及一根 BUSY 线即可；但价格昂贵，有很多功能没有用到，很浪费。桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 26 页3方案三：采用 LCD1602 显示，LCD1602 是一种用 57 点阵图形或 510 图形来显示字符的液晶显示器。LCD1602 有明显的优点：微功耗、尺寸小、超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、显示稳写美观。但 LCD1602 不能显示中文字符，但并不影响本市计的要求。权衡利弊，采用第三种方案来实现本温度警报器的显示功
9、能。2.2.4 温度传感器的选择方案一：采用 pt100 温度传感器。pt100 温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器） ，有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。方案二：采用 DS18B20 数字温度传感器。DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢
10、封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。考虑到成本及易使用性，选择方案二 DS18B20 作为本次设计的温度传感器。3 硬件及其关键技术介绍3.1 电路设计温度警报器的基本框图如下：单片机 S T C 8 9 C 5 2按键D S 1 8 B 2 0 温度传感器L C D 1 6 0 2 显示警报电路 （ 蜂鸣器 、
11、 失控指示灯 ）图 3-1 温度警报基本框图单片机将温度传感器中的温度数据读取出来，并在 LCD 上实时显示。通过按键来桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 26 页4调节所要监控的温度区间，当温度发生失控时警报电路作出相应的反应。3.2 单片机最小系统的设计单片机最小系统电路原理图如图：图 3-2 单片机最小系统电路原理图该单片机最小系统有复位电路和晶振电路等。为了给单片机供电和方便程序下载到单片机中，设计了 STC 下载电路。3.2.1 STC89C51 单片机STC89C52 片内含有 Flash 程序存储器、SRAM、UART 、SPI、AD、PWM 等模块。该器件
12、的基本功能与普通的 51 单片机完全兼容。主要特性：1.内置标准 51 内核，机器周期：增强型为 6 时钟，普通型为 12 时钟; 2.工作频率范围：040MHZ，相当于普通 8051 的 080MHZ; 3.STC89C5xRC 对应 Flash 空间：4KB8KB15KB; 4.内部存储器（RAM)：512B; 5.定时器计数器：3 个 16 位； 6.通用异步通信口（UART）1 个； 7.中断源:8 个； 8.有 ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器 仿真器； 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 26 页59.通用 IO 口：3236 个；
13、 10.工作电压：3.85.5V ； 11.XTAL2（ 18 脚） 、XTAL1（19 脚）：使用内部振荡器时，用来外接石英晶体和电容。晶振电路的电路原理图如下：图 3-3 晶振电路原理图12.RST（9 脚）：复位输入端。使 RST=1 时，单片机内部复位为初始状态。复位电路的电路图如下：图 3-4 复位电路原理图52 系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决方法。充分利用它的片仙资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的温度警报器。3.2.2 DS18B20 温度传感器DS18B20 的特性： 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理
14、器与 DS18B20 的双向通讯。 测温范围 55+125，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1。 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 工作电源: 3.05.5V/DC （可以数据线寄生电源）桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 26 页6 在使用中不需要任何外围元件 测量结果以 912 位数字量方式串行传送 不锈钢保护管直径 6 适用于 DN1525, DN40DN250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温 标准安装螺纹 M10X
15、1, M12X1.5, G1/2”任选 PVC 电缆直接出DS18B20 温度传感器时序图：此处的主控器为单片机图 3-5 复位时序图图 3-6 写时序图桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 26 页7图 3-7 读时序图3.2.3 LCD 液晶屏1602 字符型 LCD 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2 条线是背光电源线VCC(15 脚) 和地线 GND(16 脚)，其控制原理与 14 脚的 LCD 完全一样，其中：图 3-8 液晶屏引脚图表 3-1 引脚功能说明表引脚 符号 功能说明1 VSS 一般接地2 VDD 接电源（+5V）3 VO
16、 液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“ 鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度） 。4 RS RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。5 RW R/W 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6 E E(或 EN)端为使能(enable)端，写操作时，下降沿使能。读操作时， E 高电平有效7 DB0 低 4 位三态、 双向数据总线 0 位（最低位）8 DB1 低 4 位三态、 双向数据总线 1 位9 DB2 低 4 位三态、 双向数据总线 2 位10 DB3 低 4 位三态、 双向数据总线 3 位11 DB4 高 4 位三态、 双向数据总线 4 位
