【正文】 2 顯示電路 .................................................................................................................. 13 小結(jié) .......................................................................................................................... 13 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................... 14 軟件總體設(shè)計(jì)方案 .................................................................................................. 14 主程序設(shè)計(jì) ................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 測(cè)溫程序設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 16 溫度轉(zhuǎn)換工作流程 ......................................................................................... 16 讀暫存器工作流程 ......................................................................................... 16 讀數(shù)據(jù)求出十進(jìn)制 ......................................................................................... 16 報(bào)警溫度調(diào)節(jié)及存儲(chǔ)設(shè)計(jì) ...................................................................................... 17 按鍵設(shè)置程序 ................................................................................................. 17 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) iv 溫度儲(chǔ)存程序 ................................................................................................. 17 溫度報(bào)警及控制設(shè)計(jì) .............................................................................................. 19 小結(jié) .......................................................................................................................... 20 第五章 系統(tǒng)測(cè)試 ............................................................................................. 21 模塊測(cè)試 .................................................................................................................. 21 整體軟件測(cè)試 .......................................................................................................... 21 第六章 結(jié)論 ..................................................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 23 致謝 ..................................................................................................................... 24 附件 A 整體硬件電路圖 ................................................................................. 25 附件 B 硬件實(shí)物圖 ......................................................................................... 26 附件 C 程序清單 ............................................................................................. 27 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒 論 設(shè)計(jì)背景 溫度是一個(gè)很重要的物理量，它直接影響化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、煅燒、濃度、蒸餾、結(jié)晶以及空氣 流動(dòng)等物理及化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。溫度測(cè)量無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用。 傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，而單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。特別是 在環(huán)境惡劣或溫度較高等場(chǎng)合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對(duì)加熱爐 內(nèi) 溫 度 進(jìn)行測(cè) 量 、顯示、 報(bào)警及 控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量系統(tǒng)，可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將溫度數(shù)據(jù) 進(jìn)行顯示和報(bào)警以及進(jìn)行相應(yīng)控制。 溫度測(cè)量及其報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外情況 溫度檢測(cè)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總的發(fā)展水平仍然不高，和日本、德國(guó)、美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比有著較大的差距。采用 51 單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，不僅具有成本低廉、控制方便和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)， 從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的處理問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。 本文研究?jī)?nèi)容 本文是基于 STC89C52 單片機(jī)，采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，不需要 A/D轉(zhuǎn)換，可直接進(jìn)行溫度采集顯示，報(bào)警和控制的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)。 包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整及存儲(chǔ)電路，溫度報(bào)警和控制電路，單片機(jī)主板電路等組成。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案選擇 該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理 部分 組成，實(shí)現(xiàn)方案有很多種， 下面將列出兩種經(jīng)常用到的實(shí)現(xiàn)方案。 方案一 采用熱敏電阻傳感器。利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為 電壓 的變化，進(jìn)而制成溫度計(jì)。 數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有 A/D 通道 的單片機(jī)或使用專業(yè)的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，同時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警和控制。 此方案的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，體積小，精確度高，但是它們也存在著輸出電壓小、 抗干擾能力差 的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較復(fù)雜，增大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。 方案二 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)控制及處理，省去傳統(tǒng)測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的性能 比較 穩(wěn)定，線形較好 ， 在 0—100176。C時(shí)，最大線性偏差小于 1176。C 。 DS18B20采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由 DS18B20和微控制器 STC89C52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)，可直接與單片機(jī)連接。這樣，測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單，體積也不大。采用 51單片機(jī)控制，軟件編程的自由度很大，可通過 C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。另外 51單片機(jī)在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 該系統(tǒng)利用 STC89C52芯片控制溫度傳感器 DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示 ，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度進(jìn)行報(bào)警和相應(yīng)的控制處理。該系統(tǒng)擴(kuò)展性很強(qiáng)，它可以利用鍵盤來(lái)進(jìn)行溫度范圍調(diào)整，利用 AT24C02芯片作為存儲(chǔ)器件，獲得的數(shù)據(jù)可以通過 I2C總線協(xié)議與 AT24C02通信而把溫度范圍數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，方便應(yīng)用中的實(shí)時(shí)調(diào)整以及關(guān)機(jī)重啟后加載 數(shù)據(jù) 。 從以上兩種方案，容易看出方案二的測(cè)溫裝置電路更簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)更方便、程序設(shè)計(jì)也更容易實(shí)現(xiàn)，故本次設(shè)計(jì)采用了方案二。 系統(tǒng)的組成 本課題是以 51 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種數(shù)字溫度報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括溫度采集 電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，存儲(chǔ)電路，報(bào)警及控制電路，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 單片機(jī)主板電路等組成。 系統(tǒng)框圖主要由主控制器、溫度傳感器、報(bào)警按鍵設(shè)置、 AT24C0數(shù)碼管顯示、報(bào)警和控制電路組成。 系統(tǒng)框圖如圖 21 所示 圖 21 系統(tǒng)框圖 單元模塊功能如下： 檢測(cè)電路由 DS18B20構(gòu)成， DS18B20是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器， 與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 系統(tǒng)的核心器件是 51單片機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，由它來(lái)控制協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作，考慮到系統(tǒng)的功能和經(jīng)濟(jì)性因素，采用的是性價(jià)比比較高的 STC89C52。 溫度范圍值的存儲(chǔ)采用 AT24C02， AT24C02是一個(gè) 2K串行 CMOS E2PROM存儲(chǔ)器，其通過 I2C協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行通信而把報(bào)警溫度值儲(chǔ)存起來(lái)，關(guān)機(jī)重啟后能保留報(bào)警溫度值，從而無(wú)需再進(jìn)行設(shè)置。 報(bào)警功能由蜂鳴器完成，通過單片機(jī) I/O口向蜂鳴器發(fā)出不同頻率的脈沖而發(fā)出不同的警報(bào)聲對(duì)相應(yīng)溫度進(jìn)行報(bào)警。 溫度控制模塊，溫度過 高時(shí)由風(fēng)扇制冷，溫度過低時(shí)由紅色 LED燈模擬加熱器進(jìn)行升溫處理。 顯示模塊則由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 系統(tǒng)的工作過程 系統(tǒng)由 DS18B20采集溫度后進(jìn)行轉(zhuǎn)換再把溫度數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)控制數(shù)碼管進(jìn)行同步溫度顯示，同時(shí)對(duì)溫度值進(jìn)行處理，當(dāng)溫度高于設(shè)定值后進(jìn)行制冷湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 處理，溫度繼續(xù)上升超過設(shè)定值 +3176。C 時(shí)控制蜂鳴器進(jìn)行高頻率報(bào)警處理。當(dāng)溫度低于設(shè)定值后進(jìn)行加熱處理，溫度繼續(xù)下降低于設(shè)定值 3176。C 時(shí)控制蜂鳴器進(jìn)行低頻率報(bào)警處理。系統(tǒng)運(yùn)作過程中可以隨時(shí)對(duì)溫度上下限制進(jìn)行設(shè)置，通過按鍵輸入調(diào)整數(shù)值，由于單片機(jī)片內(nèi) RAM具有掉電丟失數(shù)據(jù)的特性，這里把溫度上下限數(shù)值存入AT24C02中。當(dāng)系統(tǒng)斷電重啟后首先通過 AT24C02把溫度范圍值加載到單片機(jī)內(nèi)從而保證系統(tǒng)正常工作。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 STC89C52為主控器，兼容所有 89C51單片機(jī)。 89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介 一、 89C52單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu) 89C52單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖 31所示。它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)集成電 路芯片上。它由如下功能部件組成： （ 1） 微處理器（ CPU） （ 2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） （ 3） 程序存儲(chǔ)器（ 4K Flash ROM） （ 4） 4個(gè) 8位可編程并行 I/O口（ P0口 .P1口、 P2口、 P3口） （ 5） 1個(gè)全雙工串行口 （ 6） 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 7） 中斷系統(tǒng) （