【正文】 不斷調(diào)試來獲得。2) 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模少，并且企業(yè)坐落位置較不集中，造成技術(shù)力量不團(tuán)結(jié)，引發(fā)研發(fā)力量薄弱，研發(fā)能力不強(qiáng)，制約著工業(yè)的發(fā)展。 對(duì)于處于社會(huì)主義初級(jí)階段的我們來說，國(guó)內(nèi)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品的差距大致體現(xiàn)在如下方面【11】：1) 國(guó)內(nèi)市面上的產(chǎn)品主要是基于PID的控制器，智能化的設(shè)備無論是在家庭還是在工業(yè)都是十分少見，同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家有著天壤之別。目前，常規(guī)的PID控制器以及“點(diǎn)位”控制器是工業(yè)界公認(rèn)的先進(jìn)、成熟的產(chǎn)品，功能方面只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)的監(jiān)控，但是很難監(jiān)控復(fù)雜、時(shí)變、滯后的溫度系統(tǒng)。 雖然溫度監(jiān)控系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，但是相對(duì)于一些發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)研發(fā)技術(shù)的薄弱性，目前國(guó)內(nèi)的溫度監(jiān)控器總體水平仍然不高，在技術(shù)上仍有較大的差距。實(shí)現(xiàn)其自整定的功能。能夠很好的適應(yīng)于復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于參數(shù)不斷變化的溫度監(jiān)控系統(tǒng)得到良好的控制。由于先進(jìn)的數(shù)學(xué)算法，使得溫度監(jiān)控系統(tǒng)更加適用性更加廣泛。目前，相對(duì)國(guó)內(nèi)而言，人性化、微型化、高精度的溫度監(jiān)控系統(tǒng)以及儀表設(shè)備是國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家正在快速發(fā)展的趨勢(shì)。以德國(guó)、日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家為例，在上個(gè)世紀(jì)，他們已經(jīng)成功生產(chǎn)出了一批商業(yè)化的、性能優(yōu)異的溫度監(jiān)控器以及儀表設(shè)備，并且已經(jīng)投入市場(chǎng)，在工業(yè)、家庭等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而中國(guó)才處于研究的初級(jí)階段，相對(duì)于國(guó)內(nèi)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，國(guó)外的溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)。為了確保這些科技產(chǎn)品的安全，減少其對(duì)我們生命和財(cái)產(chǎn)造成損失，我們首先需要控制它們的溫度，確保它們?cè)谡５臏囟戎g正常運(yùn)行，因研究兼?zhèn)浣?jīng)濟(jì)實(shí)用為一體的溫度報(bào)警裝置具有重要的意義。然而隨著人們的要求越來越高，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)研究，工作，生活，提供更便利的設(shè)施需要從單片機(jī)技術(shù)開始，向著數(shù)字控制系統(tǒng)，智能控制方向不斷地發(fā)展。如此可見，對(duì)于溫度的檢測(cè)與把控在我們?nèi)粘Ｉ钜约肮I(yè)生產(chǎn)占據(jù)著舉足輕重的地位【4】。因此對(duì)溫度的測(cè)量與控制對(duì)各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域有著很及其重要的作用尤其是在金屬冶煉、化學(xué)研究、建材生產(chǎn)、食品加工、機(jī)械制作、石油提煉等工業(yè)領(lǐng)域，占據(jù)不可忽視的作用。溫度報(bào)警器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1第一節(jié) 選題的背景與意義 1第二節(jié) 溫度報(bào)警器系統(tǒng)的發(fā)展概況 1第三節(jié) 課題概述與論文結(jié)構(gòu) 2第二章 元件介紹與選用 4第一節(jié) 溫度測(cè)量的分類 4第二節(jié) 數(shù)字式溫度傳感器 5第三節(jié) 顯示器的分類與簡(jiǎn)介 9第四節(jié) 單片機(jī)的分類與簡(jiǎn)介 12第三章 溫度報(bào)警器硬件的設(shè)計(jì)與研究 16第一節(jié) 硬件系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思想 16第二節(jié) 電路模塊的分類與簡(jiǎn)介 16第三節(jié) 設(shè)計(jì)總原理圖 19第四章 溫度報(bào)警器軟件的設(shè)計(jì)與研究 21第一節(jié) 軟件系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思想 21第二節(jié) 測(cè)溫處理程序的設(shè)計(jì) 22第三節(jié) 顯示模塊程序設(shè)計(jì) 24第四節(jié) 軟硬件結(jié)合后調(diào)試結(jié)果 25第五章 結(jié)論與展望 27第一節(jié) 工作總結(jié) 27第二節(jié) 課題研究成果 27第三節(jié) 未來展望 28參考文獻(xiàn) 28附 錄 32致 謝 40天津科技大學(xué)2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 緒論第一節(jié) 選題的背景與意義在日常生活中，溫度對(duì)于我們并不陌生，它是一個(gè)時(shí)時(shí)刻刻存在的物理量在我們的日常生活中占據(jù)了十分重要的地位。溫度的大小時(shí)刻與我們的生產(chǎn)、生命、安全息息相關(guān)。眾所周知，當(dāng)我們進(jìn)行陶瓷燒烤，制作陶瓷工藝時(shí)，必須很精確的控制其燒烤溫度，只要我們控制好其溫度，這樣才能創(chuàng)造出完美的、無瑕疵的藝術(shù)品，一旦溫度控制不佳，將會(huì)一件次品；另外當(dāng)我們進(jìn)行釀酒時(shí)，同樣也需要對(duì)溫度進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)目刂?，只有這樣，我們才能夠生產(chǎn)出大家公認(rèn)的好酒。 目前，在日新月異的生活變化中，工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展與進(jìn)步,人們的需求也是不斷地?cái)U(kuò)張，對(duì)于電子工業(yè)領(lǐng)域，自動(dòng)化的產(chǎn)品無疑是得到大家的歡迎，隨著微型處理器功能的不斷強(qiáng)大，單片機(jī)無疑成了人們心目中最美好的選擇，它的出現(xiàn)為人民的生活帶來了不可否認(rèn)利益，對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域，提高了生產(chǎn)效率，方便了人民的生活。目前，我們?cè)诳萍佳杆侔l(fā)展的現(xiàn)在社會(huì)中不斷成長(zhǎng)，信息技術(shù)已經(jīng)不知不覺的滲透到我們生活的各個(gè)方面。第二節(jié) 溫度報(bào)警器系統(tǒng)的發(fā)展概況 在現(xiàn)代社會(huì)中，由于工業(yè)過程控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中微電子技術(shù)以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法的快速發(fā)展，相對(duì)中國(guó)而言，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家在溫度監(jiān)控系統(tǒng)研究中已經(jīng)成功取得了超前的成績(jī)，具體的表現(xiàn)其自適應(yīng)、智能化、參數(shù)自整定的特點(diǎn)。1） 魯棒性好、高精度控制、抗干擾能力強(qiáng)是溫度監(jiān)控系統(tǒng)一大亮點(diǎn)。2） 擁有自動(dòng)校正控制、自適應(yīng)控制、人工智能、模糊控制等先進(jìn)功能，采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)。3） 通過先進(jìn)的受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來建立溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，能夠很好的適應(yīng)于各種大滯后、大慣性等復(fù)雜溫度監(jiān)控系統(tǒng)。4） 擁有參數(shù)自整定的功效，憑借著先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件程序，對(duì)溫度監(jiān)控器的參數(shù)及特性等進(jìn)行全面的控制【7】。同時(shí)，該溫度監(jiān)控系統(tǒng)擁有智能的功能，如像人類一樣，擁有自主學(xué)習(xí)的能力，它可以憑借自己以往的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)其控制對(duì)象的變化情況的需要，自動(dòng)監(jiān)控周圍環(huán)境溫度，人性化的調(diào)整合適的監(jiān)控參數(shù)，來達(dá)到最精確化、最佳的控制效果?，F(xiàn)階段我國(guó)過的總體水平技術(shù)相對(duì)國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家仍然比較落后，目前處于上世紀(jì)80年代的水平。由于國(guó)內(nèi)技術(shù)的局限性，對(duì)于國(guó)內(nèi)場(chǎng)合需求較高的場(chǎng)所，都離不開智能化和先進(jìn)的自適應(yīng)控制儀表設(shè)備，國(guó)內(nèi)只能是無能為力，只能需要通過國(guó)外貿(mào)易來滿足國(guó)內(nèi)的需求。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)主要依靠進(jìn)口溫度控制儀表設(shè)備來滿足公司的正常運(yùn)行。3) 國(guó)內(nèi)在儀表的控制技術(shù)、軟件的設(shè)計(jì)、先進(jìn)的數(shù)學(xué)算法等方面的研究相對(duì)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家依然比較落后。第三節(jié) 課題概述與論文結(jié)構(gòu)本畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的溫度報(bào)警器，主要選取51單片機(jī)作為數(shù)據(jù)的處理器部分，選取一總線的DS18B20作為數(shù)字式溫度傳感器，用16x2的LCD1602液晶顯示器作為改款設(shè)計(jì)的顯示模塊，用來清晰的顯示數(shù)字式DS18B20芯片所測(cè)量的數(shù)據(jù)。整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)主要由五大部分組成。通過1wire DS18B20數(shù)字式溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)溫度的檢測(cè)與采集，并將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相映的脈沖信息，將脈沖信息通過單總線DQ傳入單片機(jī)微型處理器。當(dāng)實(shí)時(shí)的溫度超過用戶提前設(shè)定的報(bào)警值界限時(shí)，根據(jù)單片機(jī)正在處理的軟件，直接跳轉(zhuǎn)到報(bào)警子程序，打開報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路，通過揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警的報(bào)警功能。若實(shí)時(shí)的溫度在正常的范圍之內(nèi)，綠色指示燈將會(huì)常亮，表示設(shè)備運(yùn)行一切正常。自古以來，無論是工業(yè)的爐溫、自然環(huán)境的氣溫，還是人體溫度；從航天學(xué)、航海學(xué)到農(nóng)業(yè)學(xué)，每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都離不開溫度檢測(cè)與控制。因此，溫度報(bào)警器的研究對(duì)我們?nèi)祟惿罹哂兄匾囊饬x。 對(duì)于硬件元件需要顯示元件、溫度采集元件、數(shù)據(jù)處理元件、LED指示燈和報(bào)警元件。第二章 元件介紹與選用第一節(jié) 溫度測(cè)量的分類溫度是我們現(xiàn)實(shí)日常生活中最常見的物理量，主要用來合適的參數(shù)來反應(yīng)物體冷熱程度，通常根據(jù)溫度不同的特性，可以將其分為不同的類型。(1) 高溫測(cè)量：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，熱電偶傳感器無疑是目前應(yīng)用最廣的熱電式溫度傳感器，具有生產(chǎn)簡(jiǎn)單、構(gòu)造簡(jiǎn)單、熱慣性小、精確度高、溫度識(shí)別范圍廣、易于遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著極其重要的地位。其突出的特點(diǎn)是測(cè)量精度高、成本低、感應(yīng)速度靈敏、功能簡(jiǎn)單、遠(yuǎn)距離傳輸、體積小、低功耗。其具有典型代表性的產(chǎn)品型號(hào)有AD59AD590和LM135等。電阻傳感器主要應(yīng)用于溫度很低的場(chǎng)合，一般常用于200℃至500℃之間，由于熱電阻傳感器的不斷發(fā)展與改善，目前低溫測(cè)量已經(jīng)成功應(yīng)用于1K3K的極低溫度。2. 按照傳感器的使用方式分類根據(jù)其使用方式可以分為非直接觸式測(cè)量法和直接觸式測(cè)量法。而直接觸式測(cè)量能夠靈活方便的測(cè)量物體的每個(gè)位置的溫度，方便自動(dòng)控制和多點(diǎn)集中測(cè)量，針對(duì)不斷移動(dòng)的物體和熱容量微小的物體有很大的困難，因?yàn)槠渫ǔｍ憫?yīng)速度較慢，一般反應(yīng)時(shí)間在13min之間，根據(jù)這一特性，直接觸折測(cè)量主要應(yīng)用在測(cè)量1000℃以下的溫度，對(duì)于1200℃以上較高的溫度，測(cè)量精度不夠，性能表現(xiàn)則無能為力。超低溫大致范圍在010K之間，對(duì)于10800K之間的溫度都則被認(rèn)定為低溫，中溫大致范圍在8001900K之間，19002800K之間我們稱為高溫，而2800K以上的溫度通常被人們認(rèn)為超高溫。該設(shè)備的工作原理是初始上電時(shí)，數(shù)字式溫度傳感器處于能量關(guān)閉的狀態(tài)，該設(shè)備一旦供電以后，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需要，通過調(diào)節(jié)寄存器的不同的分辨率，來選擇是連續(xù)轉(zhuǎn)換溫度模式還是單一轉(zhuǎn)換的模式。如果用戶需要選擇單一模式轉(zhuǎn)換，數(shù)字式溫度傳感器就只執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換，然后將采集的實(shí)時(shí)溫度值存儲(chǔ)在溫度寄存器中，最后將其模式關(guān)閉，在現(xiàn)實(shí)開發(fā)應(yīng)用中，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際的需要通過編寫相應(yīng)的軟件程序選擇相應(yīng)的分辨率寄存器，來確保自己需要數(shù)據(jù)的精確性，目前，數(shù)字式溫度傳感器分辨率主要有5種，具體的是8位、9位、10位、11位或12位，℃、℃、℃、℃℃等【2】。同時(shí)還具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造，低成本、易于總線的維護(hù)和擴(kuò)展等許多特點(diǎn)。目前，市面上存在的1wire數(shù)字式溫度傳感器，具體的有DS18DS182DS18S20等幾款典型的型號(hào)，對(duì)于它們每款的特性和工作原理都是大同小異，根本上沒有什么區(qū)別，DS18B20具有以下特點(diǎn)【3】。能夠輕松的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。(3)對(duì)于每個(gè)芯片都用具有一個(gè)獨(dú)一無二64位光刻ROM編碼，對(duì)應(yīng)的家族碼是28H.(4)溫度測(cè)量范圍為55至125℃，在10至85℃之間，測(cè)量精度可以達(dá)到177。(7)DS18B20的轉(zhuǎn)換時(shí)間的大小離不開分辨率的設(shè)定，一般是設(shè)定的分辨率越大，轉(zhuǎn)換的時(shí)間越長(zhǎng)。如果分辨率設(shè)定為11位時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)達(dá)375ms；如果我們選擇12位的分辨率時(shí)，轉(zhuǎn)換起來相對(duì)比較慢，時(shí)間最長(zhǎng)，長(zhǎng)達(dá)750ms。二、 數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)：(1) DQ為數(shù)據(jù)信號(hào)輸入/輸出端。(3) VDD用來作為電源供給端，一般為+5V直流電壓（如果選擇寄生電源接線形式，該引腳需要接地）。其中64位ROM主要用于存儲(chǔ)各自單一序列號(hào)（在出廠前已寫入片內(nèi)ROM），高溫觸發(fā)器和低溫觸發(fā)器主要由用戶通過軟件寫入報(bào)警的上、下限值，高速RAM由9個(gè)字節(jié)組成。其中高位字節(jié)的高5位主要為符號(hào)位，當(dāng)S=1時(shí)，表示0℃以上，為正值；若S=0時(shí)，表示0℃以下，為負(fù)值。 DS18B20的高速暫存RAM的寄存器分布LSB（50H）：溫度寄存器的低位字節(jié)保留（FFH）MSB（05H）：溫度寄存器的高位字節(jié)保留用戶字節(jié)1 TH保留（10H）用戶字節(jié)2 TLCRC配置寄存器（見下表） 位字節(jié)Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LSB2322212021222324MSBSSSSS262524 3DS18B20溫度寄存器字節(jié)格式 配置寄存器各位的定義TMR1R011111 DS18B20的分辨率及轉(zhuǎn)換時(shí)間R0 R1溫度分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間0 00 11 01 19位10位11位12位375ms750ms我們根據(jù)DS18B20數(shù)字傳感器與單片機(jī)之間的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）對(duì)DS18B20數(shù)字式傳感器的數(shù)據(jù)處理過程相對(duì)比較復(fù)雜， 這一過程的實(shí)現(xiàn)大致的分為三個(gè)步驟：首先在處理信息之前，先對(duì)單總線進(jìn)行復(fù)位的操作，進(jìn)行初始化，初始化之后通過單總線發(fā)送ROM 指令，緊接著在發(fā)送一條RAM指令，這個(gè)過程我們已經(jīng)完成了對(duì)DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器的預(yù)定設(shè)置。 ROM的操作指令指令功能指令代碼指令含義Search ROMRead ROMMatch ROMSkip ROMAlarm ROM0FOH33H55HCCHECH檢測(cè)總線上存在的DS18B20數(shù)字式傳感器讀取系列代碼、序列號(hào)及CRC校驗(yàn)碼允許總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定的DS18B20跳過對(duì)ROM編碼的搜索搜索有報(bào)警的DS18B20DS18B20的功能命令包括兩類：溫度轉(zhuǎn)換命令和存儲(chǔ)命令，: DS18B20功能命令指令功能指令碼指令含義Convert TRead ScratchpadWrite ScratchpadCopy ScratchpadRecall EEPROMRead Power Supply44HBEH4EH48HB8HB4H啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換讀取高速暫存RAM的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)到暫存RAM將復(fù)制TH、TL、配置寄存器的內(nèi)容到EEPROM將EEPROM的數(shù)據(jù)回調(diào)至高速暫存RAM檢測(cè)供電方式第三節(jié) 顯示器的分類與簡(jiǎn)介液晶是一種處于固態(tài)和液態(tài)之間的有機(jī)化合物質(zhì)，其內(nèi)部分子排列具有一定的規(guī)則性。將這一物理現(xiàn)象成功的應(yīng)用在液晶顯示器上。液晶按照內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)排列的不同大致可以分為以下幾種：類似粘土狀的Smectic液晶，類似細(xì)火柴棒的Nematic液晶以及類似膽固醇狀的Cholestic液晶。一、 顯示器LCD1602的特點(diǎn)LCD1602是一款能夠顯示2行32個(gè)字符的液晶顯示器，每個(gè)字符由57的點(diǎn)陣形成，每一行能夠顯示16個(gè)字符。這樣基于HD44780寫的控制程序能夠很好的用于市面上多數(shù)的字符型液晶，LCD1602顯示器擁有微型化、功耗低、色彩鮮艷、輕薄等諸多