毕业设计(论文)基于AT89S51单片机的仓库温度监测系统设计.doc
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1、摘 要本设计主要包括温度传感器DS18B20、单片机AT89S51和LCD1602等器件,硬件电路包括温度检测电路、温度控制电路和一些接口电路等辅助电路,软件设计主要包括 数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序五个模块。设计电路工作原理为:首先,由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度,并将结果送入单片机。然后,通过AT89S51单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换,井将此结果送入液晶显示模块,如果测量温度超过预定值,单片机同时也会把信号传递给报警电路单元。最后,LCD1602A芯片将送来的值显示于显示屏上。关键词:AT89S51单片
2、机;温度传感器;DS18B20;LCD1602ABSTRACTThe design includes temperature sensor DS18B20, MCU AT89S51, LCD1602 and other devices. Hardware circuit includes the temperature sensing circuit, the temperature control circuit , a number of interface circuits and other auxiliary circuits, Software design process inc
3、ludes five modules, such as digital tube display, keyboard scanning and key processes, the temperature signal processing, relay control procedures, over-temperature alarm program. The circuit design works as follows: First, by measuring current DS18B20 Temperature sensor chip temperatures, and the r
4、esults into the single chip. Then sending the microcontroller chip on the measurement of temperature readings to calculate and convert the result well into this LCD module through the AT89S51, if the measured temperature exceeds a predetermined value, the microcontroller will also send signals to th
5、e alarm circuit module. Finally, SMC1602A sends the value of the chips which will be shown on the screen.Keywords: AT89S51 Microcontroller, Temperature sensor, DS18B20, LCD1602 目 录第一章 前言11.1 课题背景及目的11.2 论文构成及研究内容11.3 仓库温度检测系统的原理框图1第二章 核心器件的选择32.1 单片机的选择32.1.1 AT89S51简介32.1.2 AT89S51引脚功能32.2 温度传感器的选择
6、52.2.1 DS18B20简介52.2.2 DS18B20的性能特点6第三章 硬件设计电路73.1 主控制器83.2 显示电路83.3 温度检测电路83.4 温度报警电路9第四章 软件设计104.1 概述104.2 温度检测流程及程序实现104.2.1 初始化流程104.2.2 读DS18B20流程114.2.3 写18B20流程134.3 报警模块流程154.4 中断设定流程15第五章 结论17参考文献18致谢19第一章 前言1.1 课题背景及目的电子科技时代的今天,社会中的诸多行业对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长,而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息
7、基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中,传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器技术,在我国各领域已经引用的非常广泛,可以说是渗透到社会的每一个领域,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。同时,温度检测控制系统已广泛应用于社会生活的各个领域 ,甚至在各种行业的那些条件不易人们亲自接近的货物储藏的仓库已普遍使用。检测控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致检测控制系统性能不佳,甚至
8、出现控制不稳定、失控现象。本设计采用数字温度传感器DS18B20,因其内部集成了A/D转换器,使得电路结构更加简单,而且减少了温度测量转换时的精度损失,使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信,大大减少了接线的麻烦,使得单片机更加具有扩展性。在此基础上本设计又采用单片机芯片AT89S511作为主控制器的核心,形成成熟的温度控制系统,结合DS18B20芯片的小型化,通过单跳数据线就可以和主电路连接,把数字温度传感器DS18B20做成探头,探入到仓库中的各个地方,不但增加其实用性,更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。1.2 论文构成
9、及研究内容本设计包括了绪论、核心器件的选择、硬件电路设计、软件设计2四个部分,其中主要介绍了组成电路各部分主要功能的简单说明以及各元件的选择因素及其具体参数。 本设计是基于温度传感器4的温度检测系统3中的温度检测、电路控制、报警系统及显示部分的实现。以智能温度传感器应用技术和单片机应用技术为核心进行开发,并且以理论分析和该技术方案为基础,在不断地研究过程中进行不断的调整,完成了一个温度监测系统的设计。1.3 仓库温度检测系统的原理框图本系统采用单片机及外围电路完成。最重要的部分即测温电路将采用数字温度芯片测量温度,这样输出的信号为数字信号,可以直接由单片机来处理;按键输入电路用于进行调时和温度
10、查询,以方便对系统各项参数的修改;时钟及复位电路将提供给单片机必不可少的时钟信号和复位信号以使单片机正常工作。报警电路用于当仓库温度超过额定范围时,及时报警通知。显示电路则是显示仓库温度。系统的原理框图如图1.1所示。 单片机驱动电路显示电路按键输入电路时钟电路复位电路测温电路报警电路图1.1 系统原理框图第二章 核心器件的选择2.1 单片机的选择由于系统要利用单片机控制温度传感器进行实时温度检测并显示,而且要求能够实现快速测量环境温度,并可以根据需要设定上下限报警温度。所以系统对单片机性能要求较高,选用常用的8031系列和8051系列的单片机可以方便的编程,但8031没有内部RAM,系统又需
11、要大量内存存储数据,因而不适用。经过综合考虑,本系统采用是美国 ATMEL 公司生产的AT89S51,它的介绍如下:2.1.1 AT89S51简介AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗,高性能 CMOS8 位单片机,片内含 4kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器,兼容标准 8051 指令系统及引脚。它既可在线编程(ISP),也可用传统方法进行编程,所以低价位 AT89S51单片机可为提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域,对于简单的测温系统已经足够。单片机AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很
12、适合便携手持式产品的设计。主要特性有:1)与MCS-51 兼容;2)4K字节可编程闪烁存储器;3)寿命:100000写/擦循环;4)数据保留时间:10年;5)全静态工作:0Hz-24Hz;6)三级程序存储器锁定;7)128*8位内部RAM;8)32可编程I/O线;9)两个16位定时器/计数器;10)5个中断源;11)可编程串行通道;12)低功耗的闲置和掉电模式;13)片内振荡器和时钟电路。2.1.2 AT89S51引脚功能AT89S51 单片机7为40 引脚双列直插式封装,其引脚排列和逻辑符号如图2.1 所示。各引脚功能简单介绍如下:(1) VCC:供电电压(2) GND:接地(3) P0口为
13、一个8位漏级开路双向I/O口,每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时,P0口作为原码输入口,当FLASH进行校验时,P0输出原码6,此时P0外部电位必须被拉高。(4) P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后,电位被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 图2.1 AT89S51单片机引脚图(5)
14、P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚电位被内部上拉电阻拉高,且作为输入。作为输入时,P2口的管脚电位被外部拉低,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉的优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。(6) P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内
15、部上拉为高电平,并用作输入。作为输入时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL),也是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。(7) RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。(8) ALE / PROG :当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,
16、将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令时ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。(9) PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间,每个机器周期PSEN两次有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的PSEN信号将不出现。(10) EA/VPP:当EA保持低电平时,访问外部ROM;注意加密方式1时,EA将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时,访问内部ROM。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。(11) XTAL1:反
17、向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(12) XTAL2:来自反向振荡器的输出。2.2 温度传感器的选择由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部元件支持,且硬件电路复杂,制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。2.2.1 DS18B20简介温度传感器DS18B205是一种新型的“一线器件”,其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。温度测量范围为-55+125 摄氏度,可编程为9位12 位转换精度,测温分辨率可达0.0625摄氏度,分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM
18、 中,掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可以在远端引入,也可以采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线,可以挂很多这样的数字温度计,十分方便。其封装方式如图2.2所示。DQ 为数据输入/输出引脚;GND为地信号;VCC为电源引脚。图2.2 DS18B20封装方式2.2.2 DS18B20的性能特点DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统,其性能特点如下:(1)
19、独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。(2) DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温。(3) DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。(4) 适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电。(5) 温范围55125,在-10+85时精度为0.5。(6) 零待机功耗。(7) 可编程的分辨率为912位,对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625,可实现高精度测温。(8)
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