温度检测和报警系统方案

目录

一、选题背景及研究意义

二、总体设计

2.1控制部分

2.2测量部分

2.3显示部分

2.4报警部分

三、硬件设计

四、软件设计

五、总结与展望

一、选题背景及研究意义

温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度：如大气及空调房中温度的高低，直接影响着人们的身体健康；粮仓温度的检测，防止粮食发霉，最大限度地保持粮食原有新鲜品质，达到粮食保质保鲜的目的;工业易燃品的存放。

测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测以及节约能源等方面发挥了着重要作用。本实验设计实现了工业测温基本功能，同时，在设计实验过程中，运用到单片机、模电、数电、传感器和C++程序设计等知识，这既能加强我们的理论知识与实践的结合，也能够提高我们应用交叉学科知识进行综合设计的能力。

二、总体设计

总体设计框图：

2.1控制部分

控制部分是采用单片机STC89C52。

2.1.1 STC89C52简介

STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

单片机总控制电路如下图4—1：

2.1.2 复位操作

复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图4-2（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图4-2（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，

其电路如图4-2（c）所示：

（a）上电复位（b）按键电平复位（c）按键脉冲复位

图4-2复位电路

上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。

本系统的复位电路采用图4-2（b）上电复位方式。

2.1.3 STC89C52具体介绍如下：

①主电源引脚（2根）

VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源

GND(Pin20)：接地线

②外接晶振引脚（2根）

XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端

XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端

③控制引脚（4根）

RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号

PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号

EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

④可编程输入/输出引脚（32根）

STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、

P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

2.1.4 STC89C52主要功能，如下表所示。

STC89C52主要功能

主要功能特性

2.2测量部分

测量部分我们采用美国DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器。

2.2.1 DS18B20简介

DS18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生

产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，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。

2.2.2封装及接线说明：

DS18B20芯片封装结构：

特点：独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为 3.0V至 5.5V无需备用电源测量温度范围为-55 °C至+125 ℃。华氏相当于是-67 °F到257华氏度-10 °C至+85 °C范围内精度为±0.5 °C

2.2.3 DS18B20控制方法

DS18B20有六条控制命令：

温度转换44H：启动DS18B20进行温度转换

读暂存器BEH：读暂存器9个字节内容

写暂存器4EH：将数据写入暂存器的TH、TL字节

复制暂存器48H：把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中

读电源供电方式B4H：启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU

2.2.4 DS18B20的初始化

2.2.5 DS18B20的写操作

2.2.6 DS18B20的读操作

2.3显示部分

显示部分是用LCD1602液晶显示2.3.1 LCD1602引脚说明

2.4报警部分

见下面报警流程图模块及程序。

三、硬件设计

电路原理图如下：

DS18B20与单片机之间用单总线传输；DS18B20的数据口与单片机的P1^7相连；液晶LCD1602的RS、R/W和E分别于单片机的P^4、P2^5、P2^6相连；

四、软件设计

系统软件程序基于Keil uvsion3开发平台，采用C51语言编写。本程序采用模块化程序方法，主要分为以下三个模块：

◆LCD初始化显示模块

◆DS18B20数据采集模块

◆温度报警上下限设置模块

程序流程图：

源程序：

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

sbit DQ=P1^7; //ds18b20与单片机连接口

sbit RS=P2^4;

sbit RW=P2^5;

sbit EN=P2^6;

sbit K1=P2^0;

sbit K2=P2^1;

sbit K3=P2^2;

sbit LED=P1^0;

sbit beep=P1^5;

unsigned char code str1[]={"temperature is:"};

unsigned char code str2[]={" "};

uchar code LCD10[10]={"0123456789"};

uchar data disdata[16]={0x00,0x00,0x00,0x2E,0x00,0xDF,0x20, 0x48,0x3D,0x00,0x00,0x20,0x4C,0x3D,0x00,0x00};

uint tvalue; //温度值

uchar tflag; //温度正负标志

uchar flat,upnum,downnum,temp;

/**********************LCD显示模块***********************/

void delay1ms(unsigned int ms)//延时1毫秒

{unsigned int i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<100;j++);

}

void delay1(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void wr_com(unsigned char com)//写指令//

{ delay1ms(1);

RS=0;

RW=0;

EN=0;

P0=com; /*-----------LCD数据传送口---------- */ delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;

}

void wr_dat(unsigned char dat)//写数据//

{ delay1ms(1);;

RS=1;

RW=0;

EN=0;

P0=dat; /*-----------LCD数据传送口---------- */ delay1ms(1);

EN=1;

delay1ms(1);

EN=0;

}

void lcd_init()//初始化设置// {delay1ms(15);

wr_com(0x38);delay1ms(5);

wr_com(0x08);delay1ms(5);

wr_com(0x01);delay1ms(5);

wr_com(0x06);delay1ms(5);

wr_com(0x0c);delay1ms(5);

}

void display(unsigned char *p)//显示// {

while(*p!='\0')

{

wr_dat(*p);

p++;

delay1ms(1);

}

}

init_play()//初始化显示

{

lcd_init();

wr_com(0x80);

display(str1);

wr_com(0xC0);

display(str2);

}

/*******************DS18B20测温模块**********************/ void delay_18B20(unsigned int i)//延时1微秒

{

while(i--);

}

void ds1820rst()

{ unsigned char x=0;

DQ = 1; //DQ复位

delay_18B20(4); //延时

DQ = 0; //DQ拉低

delay_18B20(100); //精确延时大于480us

DQ = 1; //拉高

delay_18B20(40);

}

uchar ds1820rd()

{ unsigned char i=0;

unsigned char dat = 0;

for (i=8;i>0;i--)

{ DQ = 0; //给脉冲信号

dat>>=1;

DQ = 1; //给脉冲信号

if(DQ)

dat|=0x80;

delay_18B20(10);

}

return(dat);

}

void ds1820wr(uchar wdata) {unsigned char i=0;

for (i=8; i>0; i--)

{ DQ = 0;

DQ = wdata&0x01;

delay_18B20(10);

DQ = 1;

wdata>>=1;

}

}

read_temp()

{uchar a,b;

ds1820rst();

ds1820wr(0xcc);//

ds1820wr(0x44);//

ds1820rst();

ds1820wr(0xcc);//

ds1820wr(0xbe);//

a=ds1820rd();

b=ds1820rd();

tvalue=b;

tvalue<<=8;

tvalue=tvalue|a;

if(tvalue<0x0fff)

tflag=0;

else

{tvalue=~tvalue+1;

tflag=1;

}

tvalue=tvalue*(0.625);//真实温度

return(tvalue);

}

void ds1820disp()//温度值显示

{ uchar i;

disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位数

disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//个位数

disdata[4]=tvalue%10+0x30;//小数位

disdata[9]=LCD10[upnum/10];

disdata[10]=LCD10[upnum%10];

disdata[14]=LCD10[downnum/10];

disdata[15]=LCD10[downnum%10];

if(tflag==0) //+

{

disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//正温度显示百位数}

else //-

{

disdata[0]=0x2d;//负温度显示负号

}

wr_com(0xC0);

for(i=0;i<16;i++)

{

wr_dat(disdata[i]);

}

temp=tvalue/10; //报警温度还原

}

/******************上下限设及报警模块*******************/ void key(void)

{

if(K1==0) //模式选择

{

delay1(5);

if(K1==0)

{

flat++;

while(!K1);

if(flat==1) //上限调节

{

wr_com(0x80+0x40+9);

wr_com(0x0c); //光标显示,闪烁

}

if(flat==2) //下限

{

wr_com(0x80+0x40+14);

}

if(flat==3) //退出模式

{

flat=0;

wr_com(0x0c);

}

}

}

if(flat!=0)

{

if(K2==0) ////+++++++++++++++++++++ {

delay1(5);

if(K2==0)

{

while(!K2);

if(flat==1)

{

upnum++;

if(upnum==65) //最高温度值+

upnum=35;

wr_com(0x80+0x40+9);

}

if(flat==2)

{

downnum++;

if(downnum==20) //最底温度值-