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1、溫度報警器 東 北 石 油 大 學 課 程 設 計 課 程 單片機課程設計 題 目 溫度報警器設計 院 系 電氣信息工程學院測控系 專業(yè)班級 測控二10-2 學生姓名 周博 學生學號 100601220211 指導教師 段志偉、宋金波 2012年 3 月 30日16東北石油大學課程設計任務書課程 單片機課程設計 題目 溫度報警器設計 專業(yè) 測控技術與儀器 姓名 周 博 學號 100601220211 一、任務以AT89S52單片機為控制核心，實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測，并能在預設的溫度范圍內(nèi)用LED顯示，同時在超過預設范圍時產(chǎn)生報警信號。二、設計要求1 報警器的溫度用LED顯示，同時在超過預設范
2、圍時產(chǎn)生報警信號。2 通過對AT89C51單片機的編程，實現(xiàn)溫度報警。3 寫出詳細的設計報告。4 給出全部電路和源程序。三、參考資料1 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄M.北京：高等教育出版社，1957.15-18.2 劉潤華,劉立山.模擬電子技術J.山東:石油大學出版社,2003.3 彭介華.電子技術課程設計指導J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限 2012.3.19至2012.3.30 指導教師 段志偉、宋金波 專業(yè)負責人 曹廣華 2012年 3月 16 日目錄第1章 緒論31.1 溫度報警器概述31.2 溫度報警器技術狀況31.3 溫度報警器發(fā)展前景41.4 本設計任務4第2
3、章 總體方案論證與設計52.1 方案論述52.2 總體硬件組成框圖6第3章 系統(tǒng)硬件設計73.1 單片機73.2 溫度采集電路73.3 A/D轉(zhuǎn)換電路83.4 溫度顯示電路10第4章 系統(tǒng)的軟件設計114.1 軟件設計思路114.2 主程序設計11第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結果分析125.1 使用的儀器儀表125.2 系統(tǒng)調(diào)試125.3 測試結果13結 論14參考文獻15附錄1 程序1附錄2 仿真效果圖4第1章 緒論溫度是一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。溫度報警器廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生
4、活中：環(huán)境溫度檢測，機房溫度監(jiān)測及報警，蔬菜大棚、花窖、魚塘水溫監(jiān)測，工廠用的烘箱、電爐，汽車低溫報警（提示司機路面結冰），實驗室，冷庫、倉庫溫度監(jiān)測及報警等等，其研究具有一定的學術價值和廣泛的市場前景。1.1 溫度報警器概述現(xiàn)代社會是信息化的社會，隨著安全化程度的日益提高，機房作為現(xiàn)代化的樞紐，其安全工作已成為重中之重，機房內(nèi)一旦發(fā)生故障，將導致整個系統(tǒng)的癱瘓，造成巨大的損失和社會影響。造成高溫火災有：電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發(fā)高溫或火災；靜電產(chǎn)生高溫或火災；雷電等強電侵入導致高溫或火災；最主要是機房內(nèi)電腦、空調(diào)等用電設備長時間通電工作，導致設備老化，空調(diào)發(fā)生故障，而不能降溫；因
5、此機房內(nèi)所屬的電子產(chǎn)品發(fā)熱快，在短時間內(nèi)機房溫度升高超出設備正常溫度，導致系統(tǒng)癱瘓或產(chǎn)生火災，這時超溫報警系統(tǒng)就發(fā)揮應有的功能。本文介紹的是采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報警器，當由金屬探頭所接觸的溫度通過傳感器到開關，如果溫度超過預定值，此時的開關即開啟，連接報警器發(fā)出報警聲，此時的發(fā)聲的報警裝置可以通過改變一些元器件的接法而發(fā)出不同的聲音。為了增加實用效果,特添加由共陽極雙色發(fā)光管組成的指示電路.電路不報警時為綠燈,反則報警時為紅綠交替。1.2 溫度報警器技術狀況現(xiàn)代信息技術的三大基礎是信息采集(即傳感器技術) 、信息傳輸(通信技術)和信息處理(計算機技術)。傳感器屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)
6、品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領域，數(shù)量高居各種傳感器之首。因此傳感器在此溫度報警器的制作中起了重要的作用。(1) 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件) ；主要是能夠進行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。(2) 模擬集成溫度傳感器/控制器。(3) 智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。 1.3 溫度報警器發(fā)展前景目前我國人民生活水平有所提高，一些電器產(chǎn)品正深入到千家萬戶，據(jù)統(tǒng)計，我國目前有約13億人口，幾乎每個家庭都用過象熱得快之類的燒水工具。隨之而來的便是由于使用不當或在使用的同時卻忘了而發(fā)生的事故。如果將本系統(tǒng)用于
7、實際，可以有效遏制該類事故發(fā)生。因此，如果實際的產(chǎn)品一旦投放市場，必將有很大的市場空間和廣闊的發(fā)展前景。本產(chǎn)品在把一些連線以不同的方式連接時，可以發(fā)出不同的報警聲。本產(chǎn)品克服了現(xiàn)在流行的報警器的缺點，成本低，具有更大的實用性、新穎性。主要創(chuàng)新點及應用前景如下：高靈敏度，高穩(wěn)定性，報警及時。本系統(tǒng)能具有高靈敏度和高穩(wěn)定性，得益于系統(tǒng)有很好的傳感器。但是它仍然有一定的缺陷，自身有很大的局限性。如果能夠把更好的傳感器應用到該產(chǎn)品中，該產(chǎn)品會有更廣闊的發(fā)展前景。1.4 本設計任務本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電
8、器、報警電路、復位電路以及2個LED數(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測，并能在預設的溫度范圍內(nèi)用LED顯示，同時在超過預設范圍時產(chǎn)生報警信號。本文分析了溫度傳感器的工作原理，系統(tǒng)硬件電路以及軟件部分的設計。第2 章 總體方案論證與設計本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉(zhuǎn)換器、單刀單擲繼電器、報警電路、復位電路以及2個LED數(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測,并能在預設的溫度范圍內(nèi)用LED顯示，同時在超過預設范圍時產(chǎn)生報警信號。該系統(tǒng)軟件采用C語言實現(xiàn)，方便移植且開發(fā)簡單。本溫度報警器功能實用、成本低廉、操作方便、有一定的實用價值
9、。2.1 方案論述方案一：通過PT100熱敏電阻對溫度進行采，隨著溫度的變化，PT100的阻值也會隨著變化，則通過自制的橋式測溫電路的分壓也會發(fā)生變化，由于變化的分壓不是很大，所以采取UA741CN放大器將變化的電壓進行放大，放大到AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠處理的范圍之內(nèi)。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度信號傳入到AT89S52單片機，再由單片機控制繼電器、蜂鳴器和數(shù)碼管來實現(xiàn)溫度控制、報警、顯示的功能。當溫度在18度至70度之間時，系統(tǒng)正確顯示溫度，當溫度超出這個范圍時系統(tǒng)在顯示溫度的同時發(fā)出警報聲。方案二：主電路由NTC測溫電阻，可調(diào)溫度電位器，低頻振蕩器和音頻振蕩器四部分組成，工作原理如下：由電位器設
10、定好溫度值,當溫度升高時，測溫電阻NTC的電阻值降低，達到CD4011輸入高電平閥值，導致低頻振蕩器工作，調(diào)制音頻振蕩器，通過三極管放大，由報警裝置發(fā)出報警聲。方案三：電路由時基電路、電位器、電阻和熱敏電阻RT組成溫度檢測觸發(fā)電路。RT是一種負溫度系數(shù)熱敏電阻，阻值隨溫度的升高而逐漸減小。音響集成電路能產(chǎn)生4種模擬聲，即警車聲、消防車聲、救護車聲和機槍聲。具體工作過程如下：溫度未達到預定值時，無音頻信號輸出，揚聲器無聲。當溫度升高到預定值時，發(fā)出響亮的警車聲、消防車聲、救護車聲和機槍聲。通過對以上三種方案的各個方面的比較.如適用前景和市場經(jīng)濟效益分析來看,選擇第一種方案比較合理。2.2 總體硬
11、件組成框圖系統(tǒng)原理圖見圖2-1所示： 溫度檢測AD0801模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89S52單片機LED顯示蜂鳴器繼電器 圖2-1 溫度報警器系統(tǒng)第3章 系統(tǒng)硬件設計為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設計。硬件電路包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等三大模塊。3.1 單片機由于溫度報警器的核心就是單片機，單片機的選擇將直接關系到控制系統(tǒng)的工作是否有效和協(xié)調(diào)。本設計采用MCS-51系列的AT89S52單片機，因為AT89S52單片機應用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，性價比高。8051包含了8位CPU，片內(nèi)振蕩器，8K字節(jié)ROM,256字節(jié)RAM，3
12、個16位定時器/計數(shù)器等。AT89S52的管腳分配如圖3-1：圖3-1 AT89S52的管腳分配圖3.2 溫度采集電路3.2.1 PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術參數(shù)如下：（1） 測量范圍：-200+850；（2） 允許偏差值：A級（0.15+0.002|t|），B級（0.30+0.005|t|）；（3） 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm；（4） 允通電流5mA因為PT100是將溫度轉(zhuǎn)換為電阻，而單片機處理的為數(shù)字電壓信號，則要將電阻轉(zhuǎn)換為電壓，同時對電壓信號進行放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換ADC0801的VI+端口。3.2.2 測溫電路 測溫的
13、典型應用電路如圖3-2所示圖3-2 測溫電路測溫原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 構成測量電橋（其中 R1R2，VR2 為 100精密電阻），當 Pt100 的電阻值和 VR2 的電阻值不相等時，電橋輸出一個 mV 級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運放 UA741 放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可直接連 AD 轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中 R3R4、R5R6、放大倍數(shù)R5/R3，運放采用單一 5V 供電。3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路3.3.1 ADC0801介紹ADC0801是8位全MOS中速A/D 轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機直接口接。其主
14、要引腳功能如下：（1）RD，WR：讀選通信號和選通信號（低電平有效）。（2）CLK：時鐘脈沖輸入端，上升有效。（3）DB0DB7是輸入信號。（4）CLKR：內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。（5）CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動。（6）WR：寫信號輸入，接受微機系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動輸入端，低電平有效，CS、WR同時為低電平時，啟動轉(zhuǎn)換。（7）INTR：轉(zhuǎn)換結束輸出信號，低電平有效，輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號常作為向微機系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。（8）CLK：為外部時鐘輸
15、入端，時鐘頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10-1280KHZ，典型值為640KHZ。此時，A/D轉(zhuǎn)換時間為10us。通常由MCS51單片機ALE端直接或分頻后與其相連。當MCS單片機與讀寫外，RAM操作時，ALE信號固定為CPU時鐘頻率的1/6，若單片外接的晶振為6MHZ，則1/6為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時間為64us。3.3.2A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理ADC0801的A/D轉(zhuǎn)換結果輸出端DB0DB7與8051的P0.0-P0.7相連。RD與AT89S52 RD相連，WR也是跟AT89S52 WR相連。CS、VIN+接地。（低電平有效）ADC0801的兩模擬信號輸入端，用以接受單極性、雙極性
16、和差摸輸入信號，與WR同時為低電平A/D轉(zhuǎn)換器被啟動切在WR上升沿后100 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時，INTR自動變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結束。如CS、RD同時來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài) 。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3-3所示。圖3-3 A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.4 溫度顯示電路LED數(shù)碼管顯示原理，共陰數(shù)碼管管腳分配如圖3-4所示： 圖3-4 數(shù)碼管顯示原理 第4章 系統(tǒng)的軟件設計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設計中我們也才用了模塊化設計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀
17、性和可移植性。4.1 軟件設計思路軟件設計的任務包括啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結果、溫度顯示等，其中啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結果、溫度顯示、溫度控制等工作都在主程序中完成。4.2 主程序設計本系統(tǒng)中下位機（單片機89C51）的主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化啟動AD轉(zhuǎn)換讀取AD轉(zhuǎn)換的結果數(shù)碼管顯示判斷溫度蜂鳴器報警開始繼電器控制YN圖4-1 程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結果分析5.1 使用的儀器儀表 表5-1 儀器儀表名稱數(shù)量單片機 AT89S521塊LED數(shù)碼管2支蜂鳴器1支繼電器1個三極管2支發(fā)光二極管2支運
18、算放大器UA7411塊15K電阻11個2.2K電阻1個3.9K電阻2個11K電阻2個22K電阻1個98電阻1個22PF電容2片150PF電容1片12M晶振1支二極管1支5.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：LED驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，PC機通信模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。5.2.1硬件調(diào)試對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機仿真器WAVE6000L及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主
19、要是檢查語法錯誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.3 測試結果熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號送入單片機，經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度，同時判斷是否超出了18度至70度的范圍，超出了則斷開開關并啟動蜂鳴器發(fā)出警報聲，若沒有超出就自然顯示溫度。結 論熱敏電阻采集到溫度后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成信號送入單片機，經(jīng)過數(shù)碼管顯示出溫度，同時判斷是否超出了18度至70度的范圍，超出了則斷開開關并啟動蜂鳴器發(fā)出警報聲，若沒有超出就自然顯示溫度。該溫度報警器在proteus中仿真理論上基本可以實現(xiàn)，但是在仿真過程中還是發(fā)現(xiàn)了LED數(shù)碼管顯示并沒有按照程序設定的一個溫度值
20、一個溫度值的變化，而是兩個溫度值兩個溫度值的變換。我個人覺得可能是proteus數(shù)字仿真軟件在仿真過程中存在延遲或者是誤差。本次實習在設計和制作溫度報警器的過程中，對在校學習的單片機知識、電路知識以及C語言程序設計知識有一個全面的檢驗，在制作過程中也體驗了從電路圖的繪制到元器件的焊接組裝調(diào)試的全過程。學會了proteus單片機仿真軟件使用的基本步驟，了解了各個元器件在proteus中的表示，掌握了proteus和keil uvision3聯(lián)調(diào)的方法，以及AD0801、AT89S52、測溫電路基本連接方法更培養(yǎng)了我更加細心、耐心的素質(zhì)。參考文獻1 何立民.單片機應用系統(tǒng)設計M.北京：清華大學出版
21、社，20052 吳金戎.8051單片機實踐與應用M.北京：清華大學出版社，20053 胡斌.圖表細說電子元器件M.北京：電子工業(yè)出版社，20054 王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設計大全M.北京：電子工業(yè)出版社，20065 姜志海.單片機原理及應用M.北京：電子工業(yè)出版社，20056 黃正祥，鄧懷雄，郭延文，周書.基于MCS-51單片機的溫度控制系統(tǒng)J.現(xiàn)代電子技術，2005，6：20-217 李伙友.基于MCS-51的溫度控制器的設計J.龍巖學院學報，2006，24(6)：16-188 關平，劉紅，林強.可實現(xiàn)的基于MCS-51單片機的恒溫控制系統(tǒng)的設計J.自動化技術與應用，2008，27(10)
22、：108-1109 北京億學通電子.PT100鉑金屬溫度傳感器使用說明書10馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.單片機的C語言應用程序設計M.北京：北京航空航天大學出版社，2007附錄1 程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit JRC=P31;sbit FM=P30;uchar data led4;unsigned char code tab = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6
23、f;/*1ms延時函數(shù)*/delay(int t)int i,j;for(i=0;it;i+)for(j=0;j50;j+) ;void start()wr=1;wr=0;wr=1;/*LED數(shù)碼管（顯示）功能子函數(shù)*/void display(uint tvdata)uint k,temp;P2=0x00;k=tvdata%10;temp=tabk;P2=temp;delay(1);P1=0x00;k=tvdata/10;temp=tabk;P1=temp;delay(1);/*主函數(shù)開始*/void main() uchar k,wendu; uint advalue; while(1)
24、start(); k=k; k=k;rd=0; advalue=P0; rd=1; k=k; k=k;advalue=advalue*(1.94);switch(advalue)case 448: d=18;break;case 449: d=19;break;case 450: d=20;break;case 451: d=21;break;case 452: d=22;break;case 453: d=23;break;case 454: d=24;break;case 455: d=25;break;case 456: d=26;break;case 457: d=27;break;c
25、ase 458: d=28;break;case 459: d=29;break;case 460: d=30;break;case 461: d=31;break;case 462: d=32;break;case 463: d=33;break;case 464: d=34;break;case 465: d=35;break;case 466: d=36;break;case 467: d=37;break;case 468: d=38;break;case 469: d=39;break;case 470: d=40;break;case 471: d=41;break;case 47
26、2: d=42;break;case 473: d=43;break;case 474: d=44;break;case 475: d=45;break;case 476: d=46;break;case 477: d=47;break;case 478: d=48;break;case 479: d=49;break;case 480: d=50;break;case 481: d=51;break;case 482: d=52;break;case 483: d=53;break;case 484: d=54;break;case 485: d=55;break;case 486: d=5
27、6;break;case 487: d=57;break;case 488: d=58;break;case 489: d=59;break;case 490: d=60;break;case 491: d=61;break;case 492: d=62;break;case 493: d=63;break;case 494: d=64;break;case 495: d=65;break;case 496: d=66;break;case 497: d=67;break;case 498: d=68;break;case 499: d=69;break;case 500: d=70;brea
28、k; wendu=d; display(advalue);if(wendu70)FM=0;delay(1); 附錄2 仿真效果圖1東北石油大學課程設計成績評價表課程名稱單片機課程設計題目名稱溫度報警器學生姓名周博學號100601220211指導教師姓名段志偉宋金波職稱講師講師序號評價項目指 標滿分評分1工作量、工作態(tài)度和出勤率按期圓滿的完成了規(guī)定的任務，難易程度和工作量符合教學要求，工作努力，遵守紀律，出勤率高，工作作風嚴謹，善于與他人合作。202課程設計質(zhì)量課程設計選題合理，計算過程簡練準確，分析問題思路清晰，結構嚴謹，文理通順，撰寫規(guī)范，圖表完備正確。453創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識，對前人工作有一些改進或有一定應用價值。54答辯能正確回答指導教師所提出的問題。30總分評語：指導教師： 年 月 日
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