环境温度控制系统.docx
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环境温度控制系统
设计内容与设计要求
设计内容：
本课题要求以单片机为核心设计一个环境温度检测与报警系统，要求测温范围为–10~125℃，精度误差在0.1℃以内，LED数码管直读显示，可以由用户自己设定上限温度，如果环境温度超过实际温度或在5秒内温度变化超过5度则会发出声光报警。
设计任务包括控制系统硬件设计和应用程序设计。
要求焊接好开发板，在开发板上进行调试。
设计要求：
1）确定系统设计方案；
2）进行系统的硬件设计；
3）完成必要元器件选择；
4）开发板焊接及测试；
5）系统软件设计及调试；
6）系统联调及操作说明；
7）写说明书；
主要设计条件
1、MCS-51单片机实验操作台1台；
2、PC机及单片机调试软件；
3、开发板1块；
4、制作工具1套；
5、系统设计所需的元器件。
说明书格式
封面
课程设计任务书
目录
第1章概述
第2章课题设计的要求、目的及意义
第3章系统总体方案选择与说明
第4章系统硬件电路设计框图与工作原理
第5章硬件设计
第6章开发板焊接及其测试
第7章软件设计及调试
第8章系统联调及操作说明
第9章总结
附录A系统硬件电路原理图
附录B程序清单
参考文献
[1]单片机原理及应用王迎旭主编机械工业出版社2012年
[2]51系列单片机应用与实践教程周向红编北航出版社2008年
[5]智能化集成温度传感器原理与应用沙占友编机械工业出版社2002年
[6]微型计算机原理与接口技术吴秀清编中国科学技术出版社2001
[7]微型计算机接口技术及应用刘乐善编华中理工大学出版社2000
[8]单片机实用技术问答谢宜仁主编人民邮电出版社2002
目录
第1章绪论………………………………………………………………1
第2章系统总体方案设计…………………………………………………2
2.1系统框图……………………………………………………………2
2.2系统结构与设计思路……………………………………………2
第3系统硬件设计……………………………………………………………3
3.1STC89C52模块…………………………………………………………3
3.2数码管模块……………………………………………………………3
3.3按键模块………………………………………………………………4
3.4DS18B20模块…………………………………………………………4
3.5报警模块………………………………………………………………5
3.6I/O分配表……………………………………………………………6
第4章系统软件设计……………………………………………………7
4.1软件设计思路…………………………………………………………7
4.2各程序流程图…………………………………………………………8
第5章硬件调试……………………………………………………………10
第6章总结…………………………………………………………………12
参考文献……………………………………………………………………13
附录…………………………………………………………………………14
附1硬件原理图…………………………………………………………14
附2源程序清单…………………………………………………………15
附2.1main.c清单……………………………………………………15
附2.218B20.c清单……………………………………………………19
附2.3alarm.c清单……………………………………………………20
附2.4delay.c清单……………………………………………………21
第1章绪论
1.1系统设计要求
本课题以单片机和DS18B20为核心设计一个环境温度检测与报警系统，测温范围为—10~125℃，精度误差在0.1℃以内，LED数码管直读显示，可以由用户自己设定上限温度，如果环境温度超过实际温度或在5秒内温度变化超过5度则会发出声光报警。
1.2系统设计的目的及意义
1.2.1课题设计的目的
掌握用51单片机控制LED数码管显示字符的方法。
掌握用单片机进行显示系统开发的方法。
掌握单片机软件、硬件调试技术。
了解单线器件DS18B20的驱动方法。
了解LED显示器的一般驱动方法。
1.2.2课题设计的意义
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。
在本次设计中，主要从功能组合，硬件模块，程序算法等几个方面探讨基于单片机的数字温度计的设计。
第2章系统总体方案设计
2.1系统框图
图2-1系统框图
2.2系统结构与设计思路
系统硬件包括STC89C52RC模块、八段显示数码管模块、DS18B20模块、按键模块、报警模块。
设计好软件，下载进单片机。
启动系统后，DS18B20开始采集温度信号并把信号传给八段数码管显示。
当温度/低于高于系统设定的报警温度后，系统报警，喇叭发声，LED点亮，数码管首位显示H/L。
当温度在5分钟内超过5℃时，数码管显示T，喇叭发声报警。
第3章系统硬件设计
3.1STC8952RC模块
图表3-1STC89c52模块
3.2数码管模块
U1为段选锁存器，U2为位选锁存器，数码管的最高位为报警H/L显示，最低位显示“C”，第3～7位显示温度。
图3-2数码管显示模块
3.3按键模块
S1为进入报警温度设置键，S2键为报警温度上调键，点按微调，长按速调，S3为报警温度下调键，操作同S2，S4为退出报警温度设置键。
图3-3按键模块
3.4DS18B20模块
由于DS18B20内部已经把温度的模拟信号转化为数字信号，故只要通过对DS18B20顺序进行初始化、写ROM操作指令、读储存器操作指令来实现温度向单片机的传输。
其中温度寄存器的高8位与低8位如下图示。
图2-6高、低位温度寄存器
图中，若S=1,温度为负,temp=（～（tempH<<8+tempL）+1）；若S=0，温度为正,temp=tempH<<8+tempL。
图3-6DS18B20模块
3.5报警模块
图3-5报警模块
3.6系统I/O口分配
P0～P7
八段数码管接口
P26
数码管段选
P27
数码管位选
P12
喇叭接口
P15
报警LED接口
P32～P35
S1～S4按键
P36
DS18B20DQ接口
表3-1I/O口分配
第4章系统软件设计
4.1软件设计思路
由于软件代码比较长，本系统的软件设计采用模块化编程。
工程分有main.c、18B20.c、delay.c、alram.c等几个C文件。
main.c包括数码管的初始化、温度的处理及温度的显示，其中温度的显示通过定时器1的扫描实现。
18B20.c包括18B20的初始化、读ROM、写命令、读温度。
delay.c为2ms延时函数。
alarm.c包括喇叭急鸣和LED点亮函数。
4.2各程序流流程图
4.2.1主程序块流程图
图4.1主程序块流程图
4.2.2报警程序块流程图
图4-2报警温度流程图
4.2.3DS18B20程序块流程图
图4-3DS18B20块流程图
第5章硬件调试
串口调试软件下载软件采用STC-ISPV478，开机启动单片机，DS18B20读取温度，如下
图5-1实时温度显示
设置报警温度为31.70℃，如下
图5-2设置报警温度
增加DS18B20周围的温度，使超过报警温度，图如下示
图5-3超温报警
此时数码管首位显示H，喇叭发声，LED灯点亮。
总结
在这次的课程设计中，结合了所学的单片机和电路知识，设计出满足课程设计要求的温度监测警报与控制系统。
在进行课程设计的过程中，我查阅了很多文献，了解了STCAT89S52、MAX232片、DS18B20温度传感器的功能。
拓展了我们的视野。
通过本次的课程设计，加深了我们对单片机的理解，使得我们更加熟悉单片机的程序编写。
特别是通过程序的调试，我们发现了很多程序编写的坏习惯，例如使用中断服务程序时没有保护好相关可能被改变的数据。
我们所设计的温度监测警报与控制系统原理简单，所用到的软器件较少，而且是使用STC89S52单片机来实现控制功能，使得其相关功能或参数可以根据需要进行修改。
参考文献
[1]单片机原理及应用王迎旭主编机械工业出版社2012年
[2]51系列单片机应用与实践教程周向红编北航出版社2008年
[3]微型计算机原理与接口技术吴秀清编中国科学技术出版社2001
[4]微型计算机接口技术及应用刘乐善编华中理工大学出版社2000
[5]单片机实用技术问答谢宜仁主编人民邮电出版社2002
[6]XX百科
附录
附1硬件原理图
图附-1硬件接线图
附2源程序清单
附2.1Main.c
#include
#include"18b20.h"
#include"delay.h"
#include"alarm.h"
#defineDataPortP0//定义数据端口程序中遇到DataPort则用P0替换
#definemax8
#defineOVERTEMP34*100//定义超温报警数值
#defineLOWTEMP20*100//定义低温报警数值
sbitduan=P2^6;//定义锁存使能端口段锁存
sbitwei=P2^7;//位锁存
sbitbaojin=P1^5;
sbitset_sign=P3^2;//进入设置
sbitup=P3^3;//上调
sbitdown=P3^4;//下调
sbitset_out=P3^5;//退出设置
bitReadTempFlag;//定义读时间标志
bitstarttempFlag=0;//比较温度标志
bitpoint1;//H
bitpoint2;//L
bitpoint3;//水平T
bitpoint4;//退出设置
bitpoint5;//进入设置
externunsignedchartemppoint;
unsignedcharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//显示段码值0~9
unsignedcharcodeboot[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//分别对应相应的数码管点亮,即位码
unsignedcharTempData[8];//存储显示值的全局变量
voidDisplay（unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum）;//数码管显示函数
voidInit_Timer0（void）;//定时器初始化
voiddealdata（intt）;
signedintset_temp（inttempk,charm）;
voidmain（void）
{
intremember[max];
signedinttemp,tempk;
unsignedchari,j,k,m;
tempk=OVERTEMP;
for（k=0;k<8;k++）//清屏
TempData[k]=0xff;
Init_Timer0（）;
while
（1）
{
point4=1;
point5=1;
baojin=1;
if（point1==1）
{
alarm（）;
TempData[0]=0x89;//显示"H"
}
if（point2==1）
{
alarm（）;
TempData[0]=0xc7;
}
if（point3==1）
{
alarm（）;
TempData[0]=0xb9;
}
if（!
set_sign）
{
DelayMs（10）;
if（!
set_sign）
tempk=set_temp（tempk,m）;//设置报警温度
}
if（ReadTempFlag）//主循环
{
ReadTempFlag=0;
temp=ReadTemperature（）;
if（starttempFlag==0）//温度处理
{
remember[i]=temp;
i++;
}
else
{
for（j=0;j{
remember[j]=remember[j+1];
remember[max-1]=temp;
}
if（temp>（tempk））
{
point1=1;
point2=0;
point3=0;
}
else
point1=0;
if（temp<（LOWTEMP））
{
point1=0;
point2=1;
point3=0;
}
else
point2=0;
if（（（remember[max-1]-remember[0]）>500||（remember[0]-remember[max-1]）>500））
{
point1=0;
point2=0;
point3=1;
}
}
dealdata（temp）;
}
}
}
voiddealdata（inttemp）
{
unsignedcharhun,ten,one,dot1,dot2;
hun=temp/10000;
ten=temp/1000%10;
one=temp/100%10;
dot1=temp%100/10;
dot2=temp%10;
//if（temppoint=1）
TempData[0]=0x40;//负号标志
TempData[7]=0xff;
TempData[0]=0xff;
if（hun>0）
TempData[2]=hun;//table[TempH/100];//百位
else
TempData[2]=0xff;
if（（hun==0）&&（ten==0））//消隐
TempData[3]=0xff;
else
TempData[3]=table[ten];//十位温度
TempData[4]=table[one]&0x7f;//个位温度,带小数点
TempData[5]=table[dot1];
TempData[6]=table[dot2];
TempData[7]=0xc6;//显示C符号
}
voidDisplay（unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum）
{
staticunsignedchari=0;
DataPort=0xff;//清空数据，防止有交替重影
wei=1;//段锁存
DataPort=boot[i+FirstBit];//取位码
wei=0;//位锁存
duan=1;
DataPort=TempData[i];//取显示数据，段码
duan=0;//段锁存
i++;
if（i==Num）
i=0;
}
signedintset_temp（inttempQ,charm）
{
unsignedcharkey_press_num;
up=1;//按键输入端口电平置高
down=1;
while（point4）
{
if（!
set_out）
{
DelayMs（10）;
if（!
set_out）
point4=0;
}
dealdata（tempQ）;
if（!
up）//如果检测到低电平，说明按键按下
{
DelayMs（10）;//延时去抖，一般10-20ms
if（!
up）//再次确认按键是否按下，没有按下则退出
{
while（!
up）
{
key_press_num++;
DelayMs（10）;//10x200=2000ms=2s
if（key_press_num==200）//大约2s
{
key_press_num=0;//如果达到长按键标准
//则进入长按键动作
while（!
up）//这里用于识别是否按
{
tempQ+=10;
dealdata（tempQ）;
DelayMs（50）;
}
}
}
key_press_num=0;
tempQ+=10;
}
}
if（!
down）//如果检测到低电平，说明按键按下
{
DelayMs（10）;//延时去抖，一般10-20ms
if（!
down）//再次确认按键是否按下，没有
//按下则退出
{
while（!
down）
{
key_press_num++;
DelayMs（10）;
if（key_press_num==200）//大约2s
{
key_press_num=0;
while（!
down）
{
tempQ-=10;
dealdata（tempQ）;
DelayMs（50）;
}
}
}
key_press_num=0;
tempQ-=10;
}
}
m++;
dealdata（tempQ）;
}
returntempQ;
}
voidInit_Timer0（void）
{
TMOD|=0x01;/
TH0=0x00;//给定初值
TL0=0x00;
EA=1;//总中断打开
ET0=1;//定时器中断打开
TR0=1;//定时器开关打开
}
voidTimer0_isr（void）interrupt1
{
staticunsignedintnum,num1;
TH0=（65536-2500）/256;//重新赋值2.5ms
TL0=（65536-2500）%256;
Display（0,8）;//调用数码管扫描
num++;
num1++;
if（num==250）//
{
num=0;
ReadTempFlag=1;//读标志位置1
}
if（num1==2000）
starttempFlag=1;
}
附2.218B20.c
#include"delay.h"
#include"18b20.h"
bitInit_DS18B20（void）
{
bitdat=0;
DQ=1;//DQ复位
DelayUs2x（5）;//稍做延时
DQ=0;//单片机将DQ拉低
DelayUs2x（200）;//精确延时大于480us小于960us
DelayUs2x（200）;
DQ=1;//拉高总线
DelayUs2x（50）;//15~60us后接收60-240us的存在脉冲
dat=DQ;//如果x=0则初始化成功,x=1则初始化失败
DelayUs2x（25）;//稍作延时返回
returndat;
}
unsignedcharReadOneChar（void）
{
unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=0;//给脉冲信号
dat>>=1;
DQ=1;//给脉冲信号
if（DQ）
dat|=0x80;
DelayUs2x（25）;
}
return（dat）;
}
voidWriteOneChar（unsignedchardat）
{
unsignedchari=0;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=0;
DQ=dat&0x01;
DelayUs2x（25）;
DQ=1;
dat>>=1;
}
DelayUs2x（25）;
}
unsignedintReadTemperature（void）
{
unsignedchartempL=0;
unsignedinttempH=0;
unsignedinttemp=0;
unsignedchartemppoint=0;
Init_DS18B20（）;
WriteOneChar（0xCC）;//跳过读序号列号的操作
WriteOneChar（0x44）;//启动温度转换
DelayMs（10）;
Init_DS18B20（）;
WriteOneChar（0xCC）;//跳过读序号列号的操作
WriteOneChar（0xBE）;//读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度
tempL=ReadOneChar（）;//低位
tempH=ReadOneChar（）;//高位
tempH<<=8;
temp=tempH+tempL;
if（temp&0x8000）//判断正负
{
temppoint=1;//负
temp=（（~temp）+1）;
temp*=（0.0625*100）;
}
else
{temppoint=0;//正
temp*=（0.0625*100）;
}
return（temp）;
}
附2.3alarm.c
#include
#include"delay.h"
sbitbaojin=P1^5;
sbitset_sign=P3^2;
sbitlaba=P1^2;
bitpoint;
voidalarm（void）
{
unsignedintk;
while
（1）
{point=0;
if（!
set_sign）
{
DelayMs（10）;
if（!
set_sign）
point=1;
}
baojin=0;//报警发光
for（k=0;k<200;k++）
{
DelayUs2x
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