【正文】 業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。 本設(shè)計(jì)的主要功能是在一定范圍內(nèi)檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度并顯示，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的上下限溫度實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。溫度是物體冷熱程度的表現(xiàn)參數(shù)。16 1：主程序 13 5：按鍵電路 9 3：顯示電路 9 2：溫度傳感器 4 1：設(shè)計(jì)背景 自動(dòng)控制技術(shù)尤其是溫度控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展， 時(shí)滯效應(yīng)始終困擾著其實(shí)際應(yīng)用，為此人們發(fā)明了多種控制方法來解決時(shí)滯問題，例如比例控制方式、本文將針對(duì)一種溫度控制方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并設(shè)計(jì)一個(gè)以 STC12C5A16S2 單片機(jī)為核心、利用新型集成化智能 1Wire 總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 實(shí)現(xiàn)的溫度采集控制系統(tǒng)。同時(shí)本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友善、管理功能健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) 。 畢業(yè) 設(shè)計(jì) (論文 ) 題 目：基于單片機(jī)的上下限溫度控制報(bào)警器 專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 年 級(jí)： 11 級(jí) 學(xué) 號(hào)： 10605111049 姓 名： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 2021 年 6 月 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè)，共 33 頁(yè) 摘 要 本設(shè)計(jì)的 主要功能是在一定范圍內(nèi)檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度并 顯示，同時(shí) 根據(jù)設(shè)定的上下限溫度實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 設(shè)計(jì) 時(shí) 我們 按照模塊化程序設(shè)計(jì)思想，完成了對(duì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，給出了各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)思想和流程圖。 關(guān)鍵詞： 溫度自動(dòng)控制、 單片機(jī) STC12C5A16S LED 數(shù)碼顯示管 、 蜂鳴器 、 溫度傳感器 DS18B20 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè)，共 33 頁(yè) 說 明 本 文主要 設(shè)計(jì) 了一種采用單片機(jī) STC12C5A16S2 作為核心的低成本、高精度、微型化的溫度報(bào)警器， 本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友 善、管理功能健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便。 5 1：方案一 5 第三章：硬件電路 14 第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 2：讀出溫度子程序 17 4：計(jì)算溫度子程序 18 第五章：系統(tǒng)測(cè)試與總結(jié) 18 1：系統(tǒng)測(cè)試 19 附件 溫度測(cè)量?jī)x的由感溫元件幫助完成檢測(cè)。 本設(shè)計(jì) 主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。 溫度是一個(gè)十分重要的物理量 ,對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。 現(xiàn)今世界上的溫度檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)喜人的成果，其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計(jì)分辨能力可達(dá) ℃ ,理論上可達(dá) ℃ ,而且在 40℃ ~230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性 。如今溫度檢測(cè)發(fā)展的主要方向?yàn)楸∧囟葌鞲衅?、輻射測(cè)溫技術(shù)和光纖測(cè)溫技術(shù)。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。 2：方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 ， 傳感器可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求，且測(cè)量精度很高。 在硬件選擇上為了有利于購(gòu)買和實(shí)驗(yàn)方便，根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)上各種處理器的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)選擇 STC12C5A16S2 單片機(jī)，溫度檢測(cè)采用 DS18B20 溫度傳感器，輸入部分用三個(gè)按鍵，可 DS18B20 AT89C52 主 控 制 器 顯示電路 掃描驅(qū)動(dòng) 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè)，共 33 頁(yè) 以調(diào)整溫度上下限的范圍，顯示部分采用經(jīng)濟(jì)適用的 3 位 LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，用一位數(shù)碼管顯示℃攝氏度符號(hào) ，超出的溫度上限或下限用 LED 表示，報(bào)警采用蜂鳴器。所以在軟件設(shè)計(jì)上我們采用簡(jiǎn)單易懂的 c 語言實(shí)現(xiàn)，同時(shí)把整個(gè)系統(tǒng)程序分為幾大快來實(shí)現(xiàn)，主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。要讓各個(gè)部分電路能在一起穩(wěn)定的工作，就要讓它們銜接的很匹配，如各部分電路對(duì)電壓、電流的要求等都要合理的設(shè)計(jì)。盡管單片機(jī)種類很多，但無論是從世界范圍還是從全國(guó)范圍來看，使用最為廣泛的應(yīng)屬 MCS51 系列單片機(jī)。以下是對(duì)各部分的具體介紹： 內(nèi)部介紹： （ 1） 中央處理器 又稱 CPU， 是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作 。并具有 64KB 外部程序存儲(chǔ)器尋址空間。 （ 5） 中斷系統(tǒng) ， S51 的 中斷功能 較強(qiáng) ， 可滿足控制應(yīng)用的需要。 4 路 PWM 8 路高速 10 位 A、 D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。需先將其設(shè)置成開漏或高阻輸入） 0 0 準(zhǔn)雙向口（傳統(tǒng) 8051 I/O 口模式），灌電流可達(dá) 20MA，拉 電源為 230 微安，由于制造誤差，實(shí)際為 250— 150微安 0 1 推挽輸出 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè)，共 33 頁(yè) 1 0 僅為輸入（高阻），如果該 I/O 口需作 A/D 使用，可選此模式 1 1 開漏，如果該 I/O 口需作 A/D 使用，可選此模式 STC12C5A16S2 單片機(jī)主要性能 ● 高速： 1 個(gè)時(shí)鐘 / 機(jī)器周期，增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，速度比普通 8051 快 8～ 12 倍 ● 寬電壓： ～ ， ～ （ STC12LE5410AD 系列） ● 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒） ● 工作頻率： 0～ 35MHz，相當(dāng)于普 通 8051： 0～ 420MHz 實(shí)際可到 48MHz，相當(dāng)于 8051： 0～576MHz ● 時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部 RC 振蕩器可選，在 ISP 下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置 ● 1 6K 字節(jié)片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù) 10 萬次以上 ● 512 字節(jié)片內(nèi) RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ● 芯片內(nèi) EEPROM 功能 ● ISP / IAP ，在系統(tǒng)可編程 / 在應(yīng)用可編程 ,無需編程器 / 仿真器 ● 10 位 ADC， 8 通道 , STC12C5A16S2 系列為 8 位 ADC。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。目前 DS18B20 批量采購(gòu)價(jià)格僅 10 元左右。 DS18B20 產(chǎn)品的特 點(diǎn) （ 1） .只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 C 到＋ 125。 DS18B20 引腳圖及引腳功能介紹 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見 下 圖，其引腳功能描述見 下 表。 DS18B20 的使用方法 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè)，共 33 頁(yè) 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì) AT89S51 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放 單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 3：顯示電路 顯示電路采 用 3 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管做為溫度值顯示。蜂鳴器可以在被測(cè)溫度超過上限溫度或者低于下限溫度時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音。通過“加鍵”可以對(duì)設(shè)置數(shù)值加。 1 LS1 SPEAKER +5V Q4 8550 R16 10K 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè)，共 33 頁(yè) 6：繼電器輸出電路 如下圖所示： 7：系統(tǒng)整體硬件電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，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)整電路，單片機(jī)主板電路等， 如下圖所示（圖見下頁(yè)）。 188。214。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖 2 所示。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖下圖所示： 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 4：計(jì)算溫度子程序 計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM 中讀取值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖 4 所示： 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè)，共 33 頁(yè) 圖 4 計(jì) 算溫度流程圖 圖 5 顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖 5：顯示溫度刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0 時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。 測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括數(shù)字萬用表、 STC 仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。 這次在初期電路設(shè)計(jì)時(shí)，由于個(gè)別元件在 Protel 2021 中的元件庫(kù)里面沒有， 需自己繪制元件，在這個(gè)過程中的封裝時(shí)由于對(duì)實(shí)物元件沒有清晰的認(rèn)識(shí)（個(gè)別元件之前沒有見過實(shí)物），以至于封裝不正確導(dǎo)致整個(gè)電路有錯(cuò)，在軟件模擬和制作 PCB 板圖時(shí)連線不正確；但慶幸的是電路本身沒有太大問題，最終在老師的幫助下把作品成功做出來了。這些都將使我們終生受益。最重要的是讓我們有了責(zé)任感，對(duì)自己、對(duì)家人和對(duì)社會(huì)。 //上調(diào)溫度 sbit Key_DOWN=P1^7。 //LED DS2 控制（十位） sbit LEDThreeC=P2^4。 sbit Lout=P3^5。 //上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為 38 unsigned int xiaxian。 unsigned int temp,num。 while(flag==0) { DQ=1。 DQ=1。 delay(50)。 for(i=8。0x01。 } delay(15)。i) { DQ=0。//如果為高 ,就把 date 的當(dāng)前位也置高 ,繼續(xù)下一個(gè)循環(huán) } delay(15)。 ds18b20_write(0xcc)。 ds18b20_write(0xcc)。 delay(200)。//負(fù)溫度符號(hào)的掃描位碼 temp=~((h*256)+l)。//如果溫度為正值，符號(hào)位就不顯示 temp=((h*256)+l)*。 P0=seg7code[temp%1000/100]。 LEDTwoC=0。 P0=0xff。 LEDThreeC=1。 delay(120)。 P0=seg7code[temp/10]。 LEDThreeC=0。 P0=0xff。 LEDOneC=1。 delay(50)。 P0=seg7code[xiaxian%10]。 } void Shangxian_disp(void) //上限設(shè)置界面 { LEDOneC=0。 P0=0xff。