毕业设计（论文）基于单片机温度控制器设计.doc

毕 业 设 计（2015届） 题目： 温度报警器 完成日期：2015年06月05日摘 要本设计利用单片机及Keil编程软件编程和PROTEUS单片机仿真软件和电子电工等方面知识,用Keil编程软件编程，用PROTEUS单片机仿真软件仿真。最后制作实物，将程序下载到单片机中，利用（I/O）口采集来自多路温度的数据，根据各路温度的不同，集中准确的显示出来，并且根据所设温度的上下限通过驱动蜂鸣器进行听觉上的报警，同时还可以通过LED灯协助进行视觉上的报警，从而达到多点温度的采集和报警的目的。以Keil编程软件和PROTEUS软件来进行仿真、分析，调试,为设计提供了一个方便、快捷的途径，为设计节约了设计时间。关键词: 单片机 温度计 protel目 录 引言.11、系统总体设计.11.1 系统工作原理分析.11.2 系统组成.21.3 系统可行性分析.22、硬件电路设计.32.1 单片机AT89C51简介.32.2 复位电路.42.3 振荡电路.42.4 数码管.52.5 电动锁.62.6 蜂鸣器.72.7 报警电路.82.8 DS18B20温度传感电路.82.9 关于PROTEL设计.83、软件程序设计.83.1 软件程序设计.93.2 具体功能软件实施.9结论.10致谢辞.11参考文献.11引 言随着社会物质财富的日益增长，现代社会的生产活动越来越多的实现了自动化，这是现代社会进步的一个表现，不仅是生产力提高了，而且也是人类能够运用机器规模生产的体现。那么，接下来问题来了，在某些场合里，我们需要合理的控制机器或者所使用工具的温度，并且要知道它的温度是否在正常的范围里边，如果不在，能够适当的给予警报，以提示人们应该要注意相应的机器或工具的使用了。本设计的目的是能够设计出一款及时在某物品的温度不正常时（实时的做出检测并对比安全范围是否有超出），从而做出报警的动作，来提示用户可以做到注意和相应的保护工作。1、系统总体设计1.1 系统工作原理分析使用AT59C51单片机、蜂鸣器等。在系统进入程序之后，会初始化检测温度的电路是否完好，以及报警电路是否完好。在确定一切工作必须的电路完好以后，系统开始循环检测温度，并时实的做出变化，当超出你设置的正常温度的范围时，做出警报，以对用户做出提醒，以使用户可以做出相应的措施。1.2 系统组成系统主要由AT89C51(51系列)、DS18B20温度收集装置、蜂鸣器、报警电路部分、复位电路等组成。电路中，AT89C51芯片起到控制电路其他部分和计算温度数据的相关工作，DS18B20温度芯片用来收集当前的温度数据，并将其传送到单片机中（此过程是实时经行的），然后经过单片机的处理计算来和安全的数值比较来确定温度是否安全。报警电路用来提醒用户温度不符合当初设定的安全范围，以使用户做出相应的动作。其它部分，比如振荡电路、复位电路等，作为单片机工作时所必需的电路部分，所以在这里不再详细介绍，只要知道其存在是为了能使单片机运行起来，保证可以使其连续工作就可以了。1.3系统可行性分析设计思想：随着时代的发展人们的生活水平越来越高，对生活的要求也越来越高，单片机已在各行业得到广泛应用，为适应更多的应用领域，厂家采取了在一块单片机芯片上集成多种功能部件和大容量存储器的方法。因而，整个应用系统不需要扩展，而体积变小、可靠性增高，使单片机成为真正意义上的单片机系统。同时随着现代信息技术的飞速发展，温度测量采集以及报警系统在工业、农业、军事及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集报警系统的设计与研究有十分重要的意义。设计原理：本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LCD进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用程序来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和LED进行报警。2、 硬件电路设计2.1 单片机AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据序存器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度/非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。图2-1 AT89C51如图2-1所示，AT89C51的主要特性包括8031CPU与MCS-51、4K字节可编程FLASH存储器、全静态工作：0Hz-24KHz三级程序存储器保密锁定、128*8位内部RAM、两个16位定时器/计数器、6个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。 2.2 复位电路图2-2 复位电路图为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才会撤除，微机电路开始正常工作。时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位，如图2-2所示。2.3 振荡电路图2-3 振荡电路图振荡电路由一个电容器和带铁芯的自感线圈串联而成，开始时电容器内有电荷于是它就当作电源，就输给自感线圈，又因为自感线圈对电流有阻碍作用，所以它就可以得到一个可变的电流，就可以产生磁场，当电容器内的电放完后，自感线圈又将磁场转化为电能给电容器充电，电容器两极有电压于是就产生电场（反复上述过程），磁场和电场交织在一起就成了电磁波，就为传送信息做下了基础。（当然电场和磁场是不可分割的）本设计晶振选择频率为12MHZ，电容选择30pF如图2-3。经计算得单片机工作胡机器周期为：12×（1÷12M）=1us。2.4 数码管 图2-4 数码管led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2-4是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。本设计采用两个4位8段共阴极数码管图2-4。由于由单片机直接驱动的直流电流不够，数码管亮度显得不足，所以加上三极管S9013用以放大电流。因为LED数码管合适的驱动电流大约为9mA到20mA左右,为了适LED数码管工作电流在10mA左右，具体计算如下：Ib=(5V-1.4V-0.7V)/27K=0.1×10-3AIe= Ib×(+1)=10 mA使用的9013的放大倍数为100.图2-5 三极管2.5 报警电路图2-6 报警电路此系统的报警电路采用两个LED和一个蜂鸣器来模拟实现，如上图所示，当所采集的四路温度都处于安全温度范围内时D1和D2都不亮，当其中有任何一路温度低于安全稳定范围内时，D1亮而且蜂鸣器响。同理当其中有任何一路温度高于安全稳定范围内时，D2亮而且蜂鸣器响。2.6 蜂鸣器如图2-7所示，使用SH69P43 为控制芯片，使用4MHz 晶振作为主振荡器。先分析一下蜂鸣器。所使用的蜂鸣器的工作频率是2000Hz，也就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是500s，由于是1/2duty 的信号，所以一个周期内的高电平和低电平的时间宽度都为250s。软件设计上，我们将根据两种驱动方式来进行说明。图2-7 蜂鸣器驱动电路PORTC.3/T0 作为I/O 口通过三极管Q2 来驱动蜂鸣器LS1，而PORTC.2/PWM0 则作为PWM 输出口通过三极管Q1 来驱动蜂鸣器LS2。另外在PORTA.3 和PORTA.2 分别接了两个按键，一个是PWM 按键，是用来控制PWM 输出口驱动蜂鸣器使用的；另一个是PORT 按键，是用来控制I/O 口驱动蜂鸣器使用的。连接按键的I/O 口开内部上拉电阻。2.7 DS18B20温度传感电路图2-8 DS18B20温度芯片DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢。封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。2.8完整电路图根据以上内容以及要求，设计完整电路图，将整个电路部分设计并制作出来，能够保证单片机可以正常的工作，其他各部分可以按照要求完成相应的部分功能，使整个设计可以稳定的有机的结合在一起。本设计用到了PROTEL软件作为设计和模拟，有关于PROTEL的相关内容相见2.9. 整个电路图见图2-9。图2.9完整电路图2.9 关于PROTEL设计PROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。3、软件程序设计本系统程序部分使用C语言编写，C语言是一种高级程序设计语言，它的优点是简洁明了、可移植性高。3.1 软件设计流程设计思想：随着时代的发展人们的生活水平越来越高，对生活的要求也越来越高，单片机已在各行业得到广泛应用，为适应更多的应用领域，厂家采取了在一块单片机芯片上集成多种功能部件和大容量存储器的方法。因而，整个应用系统不需要扩展，而体积变小、可靠性增高，使单片机成为真正意义上的单片机系统。同时随着现代信息技术的飞速发展，温度测量采集以及报警系统在工业、农业、军事及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集报警系统的设计与研究有十分重要的意义。设计原理：本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LCD进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用程序来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和LED进行报警。3.2 具体功能软件实施本系统使用共阴极数码管显示（如图31）。选码由P3口输出高电平有效，选位由P1口输出低电平有效。显示原理如下图及下表：图3-1 数码管显示图显示方式分别有静态显示与动态显示两种。在显示提示信息如：输入密码“INPUT”,操作通过“PASS”,操作错误“ERROR”,输入旧密码“OLD”,输入新密码“NE”,再次输入“AGAIN”等信息时使用的是动态显示。由于8个显示器的段码同名端是连接在一起的，如果选码的管脚（本系统中为P1）都为0，那么8个显示器则显示同一字符。要使各个数码管出现不同字符必须采用“分时动态扫描”的方法显示。即每次点亮一个LED显示器，延时一段时间再点亮下一个LED显示器周而复始，8个LED显示器轮流动态扫描。利用人视觉余辉的暂留效应，看起来好像几个显示器上“同时”显示不同的字符。如子程序view_input_password：void view_input_password(void) for(i=0;i<200;i+) P3=0X48;P1=0XFe;/第四个显示器显示I for(i=0;i<200;i+) P3=0X43;P1=0X7F;/第五个显示器显示N for(i=0;i<200;i+) P3=0XCD;P1=0XBF;/第六个显示器显示P for(i=0;i<200;i+) P3=0X62;P1=0XDF;/第七个显示器显示U for(i=0;i<200;i+) P3=0X69;P1=0XEF;/第八个显示器显示T静态显示应用在输入密码时数码管的显示进行输入密码操作时，每输入一位密码数码管显示一个“”，实施方法为：当有第一个按键时，第八个数码管的片选信号为低电平，其他为高。当有第二个按键时，第八、第七个数码管的片选信号为低，其他为高，如此类推。结 论毕业设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。在没有做毕业设计前觉得毕业设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。致 谢 辞感谢我的导师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。这篇论文的每个实验细节和每个数据，都离不开他的细心指导，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是老师仍然细心的纠正图纸中的错误，感谢大学三年来所有的老师，为我们打下专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成，在这里请接受我诚挚的谢意！参考文献1、当方 微型计算机控制技术M，中国水利水电出版社，2001年2、汉才 单片机原理及其借口技术M，清华大学出版社，1996年3、陈爱弟 Protel99se实用培训教程M，人民邮电出版社，2000年4、阎石 数字电子技术基础M，高等教育出版社，1998年5、童诗白 模拟电子技术基础M，高等教育出版社，1998年6、候振鹏 嵌入式C语言程序设计M，北京人民邮电出版社，2006年