温度检测显示与报警系统课程设计

课程设计报告书

课设名称：温度检测、显示与报警系统年级专业及班级：

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2014年 5月4 日摘要

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。

本次课程设计介绍了以STC89C51单片机为核心的温度检测报警系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度传感器芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机，单片机再控制数码管驱动芯片74LS573驱动4位分立式数码管显示实时温度，当检测到的温度超出了给定的温度范围（默认下限为20℃，默认上限为35℃），系统将输出报警声。本系统的主要硬件电路包括：温度检测电路，数码管驱动电路，报警电路。另外本系统的软件部分占了很大的比重，主要的软件模块包括：温度传感器程序，数码管驱动及显示程序，报警程序。 系统的主要功能及工作流程 总体设计框图：

单片机STC89C51

温度采集

（DBS18B20）

阈值设定（键盘）

报警（蜂鸣器）

显示

主要功能:

1、能正确检测温度；

2、在数码管上实时显示温度；

3、当温度超过或低于设定的阈值时，蜂鸣器报警；

4、可通过矩阵键盘调整温度报警阈值；

5、默认上限报警温度为35℃，默认下限报警温度为20℃。

工作流程:

系统设计思路为以单片机为控制中心，通过实时采集温度传感器DBS18B20获得当前的温度值，通过LED显示当前温度，同时使用键盘设定温度阈值，当测定温度大于温度阈值后，利用蜂鸣器报警。系统包括包括单片机最小系统模块、LED显示模块、蜂鸣器报警模块、矩阵键盘模块、串行口下载模块和电源模块。

1、控制部分

控制部分是采用单片机STC89C52。

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：

1.2 复位操作

本系统的复位电路采用按键电平复位方式，通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如下图所示

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。

1.3 STC89C52主要功能

如下表所示

主要功能特性

兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM

32个双向I/O口256x8bit内部RAM

3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz 2个串行中断可编程UART串行通道

2个外部中断源共6个中断源

2个读写中断口线3级加密位

低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能

STC89C52管脚介绍：

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，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、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。

2.1 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

2.3 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 2.4 DS18B20的初始化

2.5 DS18B20的写操作

2.6 DS18B20的读操作

3、显示部分

内部的四个数码管共用a~dp这8根

数据线，为人们的使用提供了方便，因

为里面有四个数码管，所以它有四个公

共端，加上a~dp，共有12个引脚，下

面便是一个共阴的四位数码管的内部

结构图（共阳的与之相反）。引脚排列

依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，

以逆时针方向依次为1~12脚，上图中的

数字与之一一对应。

4、报警部分

本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。

见下面报警流程图模块及程序。

二、硬件电路原理描述见附录1

三、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：

开始

初始化LCD1602调用DS18B20模块调用报警模块

温度显示

主程序流程图

DS18B20是否响应？

主机发出开始信号

主机设置为输入模

式

N

Y

DS18B20数据采集流程图

等待480us

接收数据

拉低总线，延时

45us

释放总线

跳出

进入设置模式（按键）

设置温度报警上下限

TH与TL

调用DS18B20模块

Temp>=TH||Temp<=TL? N

Y

报警（LED亮，蜂鸣

器响）

温度显示

报警模块流程图

本系统具有较强的实用性，我对DS18B20及一些测量温度的传感器进行了比较，DS18B20不仅测量精度高，稳定性好，体积小巧，而且价格也比较便宜。另外，本系统还具有较高的扩展性，可以制作时钟，计算器，温度测量于一体，具有较强的实用价值。在编写DS18B20的测量程序的过程中遇到了很多问题，刚开始总是得不到测量数据，后来仔细读DS18B20说明资料，发现写时序的时候出了点问题，然后我们又按照着DS18B20的通讯时序和接收时序将程序一条条重写，经过调试后，用Proteus仿真软件可以仿真出正确的结果。但软件仿真与硬件还是有点区别，等我们把电路板做出来的时候，把程序烧录进去，发现出错！经过再三检查，不断的思考，最后我发现软件仿真是在硬件理想状态下运行的。因此，我对应的将软件程序进行了一些细节修改。最后可以在我们做的硬件电路板中进行正确的测量与显示。在硬件方面，最初数码管都亮不了，通过测量各点的电压，发现少接了一根地线，焊电路板真的应该要很细心的，不然很容易丢三落四的。之后还是有两个数码管不亮，经过测量，有一条导线坏了，换上导线后，还是有一个数码管不亮，经检查，导线没有问题，是虚焊。实验过程中，不管是硬件还是软件都遇到了一些问题，不过，最老师和同学的帮助下，以及跟小组成员的积极讨论中，最终都能够解决问题。同时也深刻意识到了，做实验要细心谨慎。同时也进一步学习了单片机知识。

单片机原理及应用[编著] 徐敏，刘建春，关健生

单片机原理与接口技术[编著] 刘军

单片机原理与C51编程[编著] 宋彩利孙友仓吴宏岐51单片机开发入门与经典实例[编著] 王守中

51单片机C语言教程编著] 杨将新李华军刘东骏51单片机应用实例详解[编著] 杨欣王玉凤刘湘黔

附录1 系统总硬件电路原理图

附录2 系统源程序代码

#include "reg52.h"

#include "intrins.h" //_nop_();延时函数用

#define dm P0 //段码输出口

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit DQ=P2^7; //温度输入口

sbit w0=P2^0; //数码管4

sbit w1=P2^1; //数码管3

sbit w2=P2^2; //数码管2

sbit w3=P2^3; //数码管1

sbit beep=P1^7; //蜂鸣器和指示灯

sbit set=P2^6; //温度设置切换键

sbit add=P2^4; //温度加

sbit dec=P2^5; //温度减

int temp1=0; //显示当前温度和设置温度的标志位为0 时显示当前温度uint h;

uint temp;

uchar r;

uchar high=35,low=20;

uchar sign;

uchar q=0;

uchar tt=0;

uchar scale;

//**************温度小数部分用查表法***********//

uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0 x08,0x09,0x09}; //小数断码表

uchar code table_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};

//共阴LED 段码表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9" "不亮" "-"

uchar table_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//个位带小数点的断码表

uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}; //读出温度暂放

uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //显示单元数据，共4 个数据和一个运算暂用

/*****************11us 延时函数*************************/

void delay(uint t)

{

for (;t>0;t--);

}

void scan()

{

int j;

for(j=0;j<4;j++)

{

switch (j)

{

case 0: dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//小数

case 1: dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//个位

case 2: dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//十位

case 3: dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//百位

//else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay(50);w3=1;}

}

}

}

//***************DS18B20 复位函数************************/ ow_reset(void)

{

char presence=1;

while(presence)

{

while(presence)

{

DQ=1;_nop_();_nop_();//从高拉倒低

DQ=0;

delay(50); //550 us

DQ=1;

delay(6); //66 us

presence=DQ; //presence=0 复位成功,继续下一步

}

delay(45); //延时500 us

presence=~DQ;

}

DQ=1; //拉高电平

}

/****************DS18B20 写命令函数************************/

//向1-WIRE 总线上写1 个字节

void write_byte(uchar val)

{

uchar i;

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

{

DQ=1;_nop_();_nop_(); //从高拉倒低

DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //5 us

DQ=val&0x01; //最低位移出

delay(6); //66 us

val=val/2; //右移1 位

}

DQ=1;

delay(1);

}

/****************DS18B20 读1 字节函数************************/ //从总线上取1 个字节

uchar read_byte(void)

uchar i;

uchar value=0;

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

{

DQ=1;_nop_();_nop_();

value>>=1;

DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4 us

DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4 us

if(DQ)value|=0x80;

delay(6); //66 us

}

DQ=1;

return(value);

}

/*****************读出温度函数************************/

read_temp()

{

ow_reset(); //总线复位

delay(200);

write_byte(0xcc); //发命令

write_byte(0x44); //发转换命令

ow_reset();

delay(1);

write_byte(0xcc); //发命令

write_byte(0xbe);

temp_data[0]=read_byte(); //读温度值的低字节

temp_data[1]=read_byte(); //读温度值的高字节

temp=temp_data[1];

temp<<=8;

temp=temp|temp_data[0]; // 两字节合成一个整型变量。

return temp; //返回温度值

}

/****************温度数据处理函数************************/

//二进制高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节,这个字节的二进制转换为十进制后, 就是温度值的百、十、个位值,而剩下的低字节的低半字节转化成十进制后,就是温度值的小数部分

/********************************************************/

work_temp(uint tem)

{

uchar n=0;

if(tem>6348) // 温度值正负判断

{tem=65536-tem;n=1;} // 负温度求补码,标志位置1

display[4]=tem&0x0f; // 取小数部分的值

display[0]=ditab[display[4]]; // 存入小数部分显示值

display[4]=tem>>4; // 取中间八位,即整数部分的值

display[3]=display[4]/100; // 取百位数据暂存

display[1]=display[4]%100; // 取后两位数据暂存

display[2]=display[1]/10; // 取十位数据暂存

display[1]=display[1]%10; //个位数据

r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;

/////符号位显示判断/////

if(!display[3])

{

display[3]=0x0a; //最高位为0 时不显示

if(!display[2])

{

display[2]=0x0a; //次高位为0 时不显示

}

}

if(n){display[3]=0x0b;} //负温度时最高位显示"-" }

void BEEP()

{

if((r>=high&&r<129)||r

{

beep=0;

}

else

{

beep=1;

}

}

//*********设置温度显示转换************// void xianshi(int horl)

{

int n=0;

if(horl>128)

horl=256-horl;n=1;

}

display[3]=horl/100;

display[3]=display[3]&0x0f;

display[2]=horl%100/10;

display[1]=horl%10;

display[0]=0;

if(!display[3])

{

display[3]=0x0a; //最高位为0 时不显示

if(!display[2])

{

display[2]=0x0a; //次高位为0 时不显示

}

}

if(n)

{

display[3]=0x0b; //负温度时最高位显示"-"

}

}

//*********按键查询程序**************// void keyscan()

{

int temp1; //最高温度和最低温度标志位if(set==0)

{

while(1)

{