【正文】 ................. 24 按鍵函數(shù) ......................................................................................... 25 主函數(shù) ............................................................................................. 28 6 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................... 29 軟硬件調(diào)試以及分析 ..................................................................... 29 參考文獻 ............................................................................................................. 30 附錄 ..................................................................................................................... 32 6 1 緒論 溫度 是 我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中實時在接觸到的物理量，但是它是看不到的，僅憑感覺只能感覺到大概的溫度值，傳統(tǒng)的指針式的溫度計雖然能指示溫度，但是精度低，使用不 夠方便，顯示不夠直觀，數(shù)字溫度計的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少度。 所以，溫度的測量是一個很重要的物理參數(shù)，它能直接告訴人們所需要的溫度的大小。隨著世界的科技發(fā)展，對于溫度的測量要求也是越來越嚴格了，但是測量溫度的環(huán)境也越來越惡劣。溫度的測量不僅僅局限于外出穿衣的指標上了，在現(xiàn)實的社會中，溫度的測量和控制無處不在，例如家庭里面都能看見的冰箱的自動溫度調(diào)節(jié)。但是很多時候，在惡劣的環(huán)境中的測量則會受到很大程度的限制，尤其在工業(yè)控制中，在這個時候，溫度測量的自動控制先得尤為重要。 溫度控制技術在工業(yè)上有很多方面都起到一個至關重要的作用。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展和人們對生活環(huán)境要求的提高，人們迫切需要檢測與控制溫度。這次溫度報警器的設計與制作，闡明了該裝置進行設計與制作的具體過程以及方法。這種溫度報警器的機構并不復雜，而且可操作性強，應用廣泛，擴展性好。工作時，設定好溫度測量的范圍，若當前環(huán)境溫度超過設定的高溫臨界溫度，由單片機發(fā)出聲光報警信號，防止因溫度再升高而帶來的不必要的損失。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室的溫度是很難把握的。往往會超過或低于允許值，致使大批良種的報廢，耽誤農(nóng)時，影響生產(chǎn) 。在工業(yè)中，現(xiàn)今社會是個信息的時代，隨著信息科技的高速發(fā)展和安全指數(shù)的日益提高，機房，作為現(xiàn)代化的代名詞，信息化的樞紐，其工作安全系數(shù)已經(jīng)成為系統(tǒng)的重中之重，機房內(nèi)的機械一旦發(fā)生故障，將可能帶來信息系統(tǒng)崩潰式的癱瘓。若電氣線路發(fā)生短路、過載等故障而達到局部高溫從而引發(fā)火災，那 7 損失是無法想象的。最重要的是，若果溫度得不到有效的調(diào)節(jié)，會令機房內(nèi)的電子設備、機械老化，導致這樣那樣的故障出現(xiàn)。一般的電子產(chǎn)品都是發(fā)熱快，若散熱設施做的不夠及時而令機房內(nèi)溫度短時間內(nèi)超出設備正常的溫度，就會導致系統(tǒng)癱瘓或者火災的事故發(fā)生 。在日常生活中，也經(jīng)常要用到高功率的電器，但是高功率電器的發(fā)熱量大，有時候又可能引起火災等等之類的危險情況。綜合以上種種情況的出現(xiàn)，溫度報警器就極其需要，只要環(huán)境溫度超過一定范圍時報警，來提醒使用者。 數(shù)字溫度計 的出現(xiàn)為現(xiàn)今社會帶來一定程度上的方便。它 采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導體，熱敏電阻等），將溫度的變化轉換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關系，如線性關系，一定的曲線關系等，這個電信號可以使用模數(shù)轉換的電路即 AD 轉換電路將模擬信號轉換為數(shù)字信 號，數(shù)字信號再送給處理單元，如單片機或者 PC 機等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件計算將這個數(shù)字信號和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如 攝氏度，然后通過顯示單元，如 LED， ,LCD 或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計的基本測溫功能。數(shù)字溫度計根據(jù)使用的傳感器的不同， AD 轉換電路，及處理單元的不同，它的精度，穩(wěn)定性，測溫范圍等都有區(qū)別，這就要根據(jù)實際情況選擇符合規(guī)格的數(shù)字溫度計。 研究的基本內(nèi)容 要設計出一款由單片機控制的溫度報警器，首先，我們要知道 溫度傳感器的選擇?？梢圆捎眉苫臏囟葌鞲衅髦苯觽鬏敂?shù)據(jù)由單片機處理，或者用熱敏電阻來達到預期的效果。利用集成化的傳感器成本較高，但其準確性相對于熱敏電阻比較有保障，而且單片機處理的數(shù)據(jù)也會少很多。 所以我會選擇采用集成化溫度傳感器傳輸數(shù)據(jù)、由單片機收集處理的方案制作溫控報警裝置。我會首先用 protel99 繪畫出原理圖和 PCB 圖，接著編寫單片機程序，然后在 proteus 上進行仿真工作，最后在實際電路板上進行調(diào)試和改善。 8 擬解決的主要問題 擬解決的問題： 1. 確定采用哪種傳感器進行設計。 2. 確定系統(tǒng)硬件的組成 3. 確定好 系統(tǒng)的模型。 4. 設計好原理圖和程序設計。 5. 準備好制作的各種材料。 6. 通過仿真以及調(diào)試，找出未解決問題。 2 設計的思路 這次設計的思路在于設計出一個可以根據(jù)實時溫度和設定溫度對比之后進行聲光報警的溫度控制報警器。這個報警器能夠穩(wěn)定運行，并且能夠在大多數(shù)情況下對高溫帶來的不良影響有一個預警的作用，防止一些對高溫敏感的器械有不良情況出現(xiàn)。 利用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度， 輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。采用 LCD1602 作為數(shù)字顯示模塊 ,用 avrmega16進行軟件設計 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機響應之后發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機。再經(jīng)由單片機進行處理和分析。然后將用 DS18B20 采集回來的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后打印到 LCD1602 上。 且經(jīng)過按鍵設定報警溫度并同將設定溫度打印到 LCD1602 上 ,這 里用采集回來的數(shù)據(jù)跟設定的數(shù)據(jù)作對比。對比之后，由單片機判斷是否報警。 圖 1 基本設計框圖 9 本設計是利用 DS18B20 溫度傳感器設計的一個液晶顯示溫度報警器。 設定安全溫度在 10℃ ～＋ 125℃ （可根據(jù)具體需要 在程序中進行調(diào)整）， 對在這一范圍內(nèi)的溫度變化采集后送入單片的端口。例如傳感器的溫度為 100176。 C，則對應的 lCD1602 上的實時溫度為 100176。 C。而溫度溫度高于 125176。 C時，不在安全溫度范圍之內(nèi)，蜂鳴器進行報警，發(fā)光二極管發(fā)光顯示。 DS18B20 溫度傳感器介紹 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 有 獨特的單線接口方式，和微處理器連接僅需一條口線即可實現(xiàn)雙向通訊；它不需要任何外圍元件，全部的傳感元件都集成在集成電路內(nèi)；電壓范圍在 ～ 之間，溫度范圍在 － 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 ℃，符合設計條件；它還有負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱燒毀，實驗結果。 其引腳功能描述見下： 1． GND 地信號 2． DQ:數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可電源 LED MEGA16 DS18B20 LCD1602 報警 收集 /輸入數(shù)據(jù) 輸出數(shù)據(jù) 10 以向器件提供電源。 3． VDD:可選擇的 VDD 引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 圖 2 DS18B20 封裝圖 要注意的一點是， 在 DS18B20 測溫程序設計中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點在進行 DS18B20 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 DS18B20 的初始化 （ 1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1” 。 （ 2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） （ 3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。 （ 4） 延時 750 微秒（該時間的 時間范圍可以從 480 到 960 微秒）。 （ 5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平 “1” 。 （ 6） 延時等待（如果初始化成功則在 15到 60 微妙時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由 DS18B20所返回的低電平 “0” 。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。 （ 7） 若 單片機 讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平 “0” 后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（ 5）步的時間算起）最少要 480微秒。 （ 8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平 “1” 后結束。 DS18B20 的寫操作 （ 1） 數(shù)據(jù)線先置低電平 “0” 。 （ 2） 延時確定的時間為 15微秒。 （ 3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 （ 4） 延時時間為 45 微秒。 （ 5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 （ 6） 重復上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 11 （ 7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 DS18B20 的讀操作 （ 1）將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 （ 2）延時 2微秒。 （ 3）將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 （ 4）延時 3微秒。 （ 5）將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 （ 6）延時 5微秒。 （ 7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 （ 8）延時 60微秒。 DS18B20 內(nèi)部結構圖 DS18B20 內(nèi)部結構主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 圖 3 DS18B20 內(nèi)部結構 DS18B20 工作原理 圖 4 12 LCD1602 主要參數(shù)技術 表 Lcd1602 技術參數(shù) 表 顯示容量： 16X2 個字符 芯片工作電壓： ~ 工作電流： （ ） 模塊最佳工作電壓： 字符尺寸： （ WXH） mm 引腳接口說明表 第 1 腳 ： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負極。 LCD1602的指令說明及時序 基本操作時序 ：輸入： RS=L,RW=H,E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 ：輸入： RS=L,R/W=L,D0~D7=指令碼 ,E=高脈沖 輸出：無 13 ：輸入： RS=H,R/W=H,E=H 輸出： =數(shù)據(jù) ：輸入： RS=H,R/W=L,D0~D7=數(shù)據(jù) ,E=高脈 沖 輸出：無 單片機介紹 這次的設計，要用到的是單片機 ATmega16。 ATmega16 是 AVR 系列的 8 位單片機，雖然它是 8 位的單片機，但功能非常的強大。有很多的內(nèi)部資源，連接外部的端口多達44 個，有 32 個是 I/O 端口，基本每個端口復用功能都非常好，最高速度達到 16MHz。并且支持串口、模數(shù)轉換等功能，擁有 512 字節(jié)的 eeprom， 1K 字節(jié)片內(nèi) RAM，在外加RAM 和 ROM 的情況完全可以運行到 ucOS 操作系統(tǒng)。 然而設計要用的功能并不多，端口的復用功能基本用不上，只需要安排足夠的普通I/O 端口給溫度傳感器和液晶顯示便可以了。 3 系統(tǒng)硬件設計 這部分設計用到了溫度傳感器 DS18B20，這種傳感器是單數(shù)據(jù)總線傳感器，一共有三只引腳，一個引腳接電源 VC