温度检测显示与报警系统.docx
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温度检测显示与报警系统
温度检测显示与报警系统
光电与通信工程学院
课程设计报告书
课设名称：
温度检测、显示与报警系统
年级专业及班级：
姓名：
学号：
指导老师：
评定成绩：
教师评语：
指导老师签名：
2013年6月27日
摘要
温度是一种最基本的环境参数，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。
温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。
随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度：
如大气及空调房中温度的高低，直接影响着人们的身体健康；粮仓温度的检测，防止粮食发霉，最大限度地保持粮食原有新鲜品质，达到粮食保质保鲜的目的;工业易燃品的存放。
本次课程设计介绍了以STC89C51单片机为核心的温度检测报警系统的工作原理和设计方法。
温度信号由温度传感器芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机，单片机再控制数码管驱动芯片74LS573驱动4位分立式数码管显示实时温度，当检测到的温度超出了给定的温度范围（默认下限为20℃，默认上限为35℃），系统将输出报警声。
本系统的主要硬件电路包括：
温度检测电路，数码管驱动电路，报警电路。
另外本系统的软件部分占了很大的比重，主要的软件模块包括：
温度传感器程序，数码管驱动及显示程序，报警程序。
系统的主要功能及工作流程
总体设计框图：
①主电源引脚（2根）
VCC（Pin40）：
电源输入，接＋5V电源
GND（Pin20）：
接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1（Pin19）：
片内振荡电路的输入端
XTAL2（Pin20）：
片内振荡电路的输出端
③控制引脚（4根）
RST/VPP（Pin9）：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG（Pin30）：
地址锁存允许信号
PSEN（Pin29）：
外部存储器读选通信号
EA/VPP（Pin31）：
程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，接高电平则从内部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
PO口（Pin39～Pin32）：
8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：
8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：
8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：
8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
2、测量部分
测量部分我们采用美国DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器。
2.1DS18B20简介
DS18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，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。
2.2封装及接线说明：
DS18B20芯片封装结构：
特点：
独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源测量温度范围为-55°C至+125℃。
华氏相当于是-67°F到257华氏度-10°C至+85°C范围内精度为±0.5°C
2.3DS18B20控制方法
DS18B20有六条控制命令：
温度转换44H：
启动DS18B20进行温度转换
读暂存器BEH：
读暂存器9个字节内容
写暂存器4EH：
将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器48H：
把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
读电源供电方式B4H：
启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
2.4DS18B20的初始化
2.5DS18B20的写操作
2.6DS18B20的读操作
3、显示部分
内部的四个数码管共用a~dp这8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有四个数码管，所以它有四个公共端，加上a~dp，共有12个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图（共阳的与之相反）。
引脚排列依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，以逆时针方向依次为1~12脚，上图中的数字与之一一对应。
4、报警部分
本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。
见下面报警流程图模块及程序。
二、硬件电路原理描述见附录1
三、软件设计
系统软件程序基于Keiluvsion3开发平台，采用C51语言编写。
本程序采用模块化程序方法，主要分为以下三个模块：
◆LCD初始化显示模块
◆DS18B20数据采集模块
◆温度报警上下限设置模块
程序流程图：
心得体会：
本系统具有较强的实用性，我对DS18B20及一些测量温度的传感器进行了比较，DS18B20不仅测量精度高，稳定性好，体积小巧，而且价格也比较便宜。
另外，本系统还具有较高的扩展性，可以制作时钟，计算器，温度测量于一体，具有较强的实用价值。
在编写DS18B20的测量程序的过程中遇到了很多问题，刚开始总是得不到测量数据，后来仔细读DS18B20说明资料，发现写时序的时候出了点问题，然后我们又按照着DS18B20的通讯时序和接收时序将程序一条条重写，经过调试后，用Proteus仿真软件可以仿真出正确的结果。
但软件仿真与硬件还是有点区别，等我们把电路板做出来的时候，把程序烧录进去，发现出错！
经过再三检查，不断的思考，最后我发现软件仿真是在硬件理想状态下运行的。
因此，我对应的将软件程序进行了一些细节修改。
最后可以在我们做的硬件电路板中进行正确的测量与显示。
在硬件方面，最初数码管都亮不了，通过测量各点的电压，发现少接了一根地线，焊电路板真的应该要很细心的，不然很容易丢三落四的。
之后还是有两个数码管不亮，经过测量，有一条导线坏了，换上导线后，还是有一个数码管不亮，经检查，导线没有问题，是虚焊。
实验过程中，不管是硬件还是软件都遇到了一些问题，不过，最老师和同学的帮助下，以及跟小组成员的积极讨论中，最终都能够解决问题。
同时也深刻意识到了，做实验要细心谨慎。
同时也进一步学习了单片机知识。
参考文献：
单片机原理及应用[编著]徐敏，刘建春，关健生
单片机原理与接口技术[编著]刘军
单片机原理与C51编程[编著]宋彩利孙友仓吴宏岐
51单片机开发入门与经典实例[编著]王守中
51单片机C语言教程编著]杨将新李华军刘东骏
51单片机应用实例详解[编著]杨欣王玉凤刘湘黔
XX文库
附录1系统总硬件电路原理图
附录2系统源程序代码
#include"reg52.h"
#include"intrins.h"//_nop_（）;延时函数用
#definedmP0//段码输出口
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P2^7;//温度输入口
sbitw0=P2^0;//数码管4
sbitw1=P2^1;//数码管3
sbitw2=P2^2;//数码管2
sbitw3=P2^3;//数码管1
sbitbeep=P1^7;//蜂鸣器和指示灯
sbitset=P2^6;//温度设置切换键
sbitadd=P2^4;//温度加
sbitdec=P2^5;//温度减
inttemp1=0;//显示当前温度和设置温度的标志位为0时显示当前温度
uinth;
uinttemp;
ucharr;
ucharhigh=35,low=20;
ucharsign;
ucharq=0;
uchartt=0;
ucharscale;
//**************温度小数部分用查表法***********//
ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//小数断码表
ucharcodetable_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};
//共阴LED段码表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""-"
uchartable_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//个位带小数点的断码表
uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//读出温度暂放
uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//显示单元数据，共4个数据和一个运算暂用
/*****************11us延时函数*************************/
voiddelay（uintt）
{
for（;t>0;t--）;
}
voidscan（）
{
intj;
for（j=0;j<4;j++）
{
switch（j）
{
case0:
dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay（50）;w0=1;//小数
case1:
dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay（50）;w1=1;//个位
case2:
dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay（50）;w2=1;//十位
case3:
dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay（50）;w3=1;//百位
//else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay（50）;w3=1;}
}
}
}
//***************DS18B20复位函数************************/
ow_reset（void）
{
charpresence=1;
while（presence）
{
while（presence）
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;//从高拉倒低
DQ=0;
delay（50）;//550us
DQ=1;
delay（6）;//66us
presence=DQ;//presence=0复位成功,继续下一步
}
delay（45）;//延时500us
presence=~DQ;
}
DQ=1;//拉高电平
}
/****************DS18B20写命令函数************************/
//向1-WIRE总线上写1个字节
voidwrite_byte（ucharval）
{
uchari;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;//从高拉倒低
DQ=0;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//5us
DQ=val&0x01;//最低位移出
delay（6）;//66us
val=val/2;//右移1位
}
DQ=1;
delay
（1）;
}
/****************DS18B20读1字节函数************************/
//从总线上取1个字节
ucharread_byte（void）
{
uchari;
ucharvalue=0;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;
value>>=1;
DQ=0;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//4us
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//4us
if（DQ）value|=0x80;
delay（6）;//66us
}
DQ=1;
return（value）;
}
/*****************读出温度函数************************/
read_temp（）
{
ow_reset（）;//总线复位
delay（200）;
write_byte（0xcc）;//发命令
write_byte（0x44）;//发转换命令
ow_reset（）;
delay
（1）;
write_byte（0xcc）;//发命令
write_byte（0xbe）;
temp_data[0]=read_byte（）;//读温度值的低字节
temp_data[1]=read_byte（）;//读温度值的高字节
temp=temp_data[1];
temp<<=8;
temp=temp|temp_data[0];//两字节合成一个整型变量。
returntemp;//返回温度值
}
/****************温度数据处理函数************************/
//二进制高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节,这个字节的二进制转换为十进制后,就是温度值的百、十、个位值,而剩下的低字节的低半字节转化成十进制后,就是温度值的小数部分
/********************************************************/
work_temp（uinttem）
{
ucharn=0;
if（tem>6348）//温度值正负判断
{tem=65536-tem;n=1;}//负温度求补码,标志位置1
display[4]=tem&0x0f;//取小数部分的值
display[0]=ditab[display[4]];//存入小数部分显示值
display[4]=tem>>4;//取中间八位,即整数部分的值
display[3]=display[4]/100;//取百位数据暂存
display[1]=display[4]%100;//取后两位数据暂存
display[2]=display[1]/10;//取十位数据暂存
display[1]=display[1]%10;//个位数据
r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;
/////符号位显示判断/////
if（!
display[3]）
{
display[3]=0x0a;//最高位为0时不显示
if（!
display[2]）
{
display[2]=0x0a;//次高位为0时不显示
}
}
if（n）{display[3]=0x0b;}//负温度时最高位显示"-"
}
voidBEEP（）
{
if（（r>=high&&r<129）||r{
beep=0;
}
else
{
beep=1;
}
}
//*********设置温度显示转换************//
voidxianshi（inthorl）
{
intn=0;
if（horl>128）
{
horl=256-horl;n=1;
}
display[3]=horl/100;
display[3]=display[3]&0x0f;
display[2]=horl%100/10;
display[1]=horl%10;
display[0]=0;
if（!
display[3]）
{
display[3]=0x0a;//最高位为0时不显示
if（!
display[2]）
{
display[2]=0x0a;//次高位为0时不显示
}
}
if（n）
{
display[3]=0x0b;//负温度时最高位显示"-"
}
}
//*********按键查询程序**************//
voidkeyscan（）
{
inttemp1;//最高温度和最低温度标志位
if（set==0）
{
while
（1）
{
delay（500）;//消抖
if（set==0）
{
temp1++;
while（!
set）
scan（）;
}
if（temp1==1）
{
xianshi（high）;
scan（）;
if（add==0）
{
while（!
add）
scan（）;
high+=1;
}
if（dec==0）
{
while（!
dec）
scan（）;
high-=1;
}
}
if（temp1==2）
{
xianshi（low）;
if（add==0）
{
while（!
add）
scan（）;
low+=1;
}
if（dec==0）
{
while（!
dec）
scan（）;
low-=1;
}
scan（）;
}
if（temp1>=3）
{
temp1=0;
break;
}
}
}
}
/****************主函数************************/
voidmain（）
{
dm=0x00;//初始化端口
w0=0;
w1=0;
w2=0;
w3=0;
for（h=0;h<4;h++）//开机显示"0000"
{
display[h]=0;
}
ow_reset（）;//开机先转换一次
write_byte（0xcc）;//SkipROM
write_byte（0x44）;//发转换命令
for（h=0;h<100;h++）//开机显示"0000"
{
scan（）;
}
while
（1）
{
if（temp1==0）
{
work_temp（read_temp（））;//处理温度数据
BEEP（）;
scan（）;//显示温度值
keyscan（）;
}
else
keyscan（）;
}
}
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