温度报警器硬件设计.docx

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温度报警器硬件设计

温度报警器硬件设计

摘要

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。

温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。

本文从硬件和软件两方面介绍了基于AT89C51单片机的温度报警系统的设计思路，对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。

系统选用ADC0808转换器，仿真时利用可调电阻调节电压进行温度的输入量模拟，当温度低于30℃时，扬声器发出长“嘀”报警和绿光报警，当温度高于60℃时，发出短“嘀”报警和红光报警。

测量的温度范围在0～250℃，并能实时显示当前温度值。

关键词：

AT89C51单片机；温度检测；声光报警

1绪论

1.1课题背景

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。

温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。

日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制等等。

在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。

其中，温度是一个非常重要的过程变量。

例如：

在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行监控。

然而，用常规的监控方法，潜力是有限的，难以满足较高的性能要求。

采用单片机来对它们进行监控不仅具有监控方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的监控问题是一个工业生产中经常会遇到的监控问题。

现代社会是信息化的社会，随着安全化程度的日益提高，而通过温度报警器及时报警，避免不必要的损失。

1.2本设计任务

设计一款基于AT89C51单片机的温度报警器。

利用可调电阻调节电压作为模拟温度的输入量，当温度低于30℃时，扬声器发出长

“嘀”报警和绿光报警，当温度高于60℃时，发出短“嘀”报警和红光报警。

测量的温度范围在0～250℃，并能实时显示当前温度值。

2温度报警器硬件设计

2.1系统总体框图

基于单片机的温度报警器系统总体框图如图2.1所示。

它分为以下几个模块：

单片机控制模块。

AD转换模块、报警模块、显示模块。

其中温度检测模块采用ADC0808转换器，仿真时采用滑动变阻器来代替其输出的电压信号。

显示模块采用动态数码显示管。

芯片作为显示屏，以显示实时检测到的温度信号。

报警模块分为扬声器声音报警和LED灯光报警两个部分，其中，当检测温度低于30℃时，扬声器发出长“嘀”报警和绿光报警，当温度高于60℃时，发出短“嘀”报警和红光报警。

利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的温度报警功能。

不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。

具体电路参见“温度报警器总体电路图”。

图2.1单片机方案图

2.2单片机控制系统的设计

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.2.1单片机最小系统设计

⑴复位电路的设计

复位电路的功能：

本电路是采用上电自动复位，它是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图2.2.1

（1）所示。

RST引脚是复位信号的输入端。

复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即两个机器周期）以上。

图2.2.1

（1）复位电路图

⑵振荡电路设计

在80C51芯片内部有一个高增益反响放大器，其输入端为引脚XTAL1,其输出端为引脚XTAL2。

只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚跨接晶体振荡器或在引脚与地之间加接微调电容，形成反馈电路，振荡器即可工作。

振荡器的结构和振荡电路原理图如图2.2.1

（2）所示。

﹙a﹚振荡器的结构﹙b﹚振荡电路工作原理

图2.2.1

（2）振荡器的结构和振荡电路原理

2.2.2单片机系统资源分配

XTAL1:

输入到振荡器的反响放大器。

XTAL2：

反方放大器的输出，输入到内部时钟发生器。

RST:

复位输入信号，高电平有效。

在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。

EA/:

片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。

P1.0—P1.7:

分别接到ADC0808转换器的OUT1—OUT8。

P0.0—P0.7:

分别接到数码显示管的八个接口处。

P2.0—P2.7:

低四位接到数码显示管的字位输出端口。

高四位接到ADC0808转换器的四个接口处，位转换器提供时钟脉冲。

P3.0/PXD:

接高温报警灯。

P3.1/TXD：

接低温报警灯。

P3.7/RD/:

接报警喇叭。

2.3ADC0808转换器模块设计

图2.3

（1）ADC0808的结构框图

图2.3

（2）ADC0808的引脚图

各引脚功能说明如下：

IN0~IN7：

8路模拟输入端。

ALE：

地址锁存器允许信号输入端。

当它为高电平时，地址信号进入地址锁存器中。

CLOCK：

外部时钟输入端。

时钟频率典型值为640kHz，允许范围为10~1280kHz。

时频种频率降低时，A／D转换速度也降低。

START：

A／D转换信号输入端。

有效信号为一正脉冲。

在脉冲上升沿，A／D转换器内部寄存器均被清零，在其下降沿开始A／D转换。

EOC：

A／D转换结束信号。

在START信号上升沿之后0到（2μs＋8个时钟周期）时间内，EOC变为低电平。

当A／D转换结束后，EOC立即输出一正阶跃信号，可用来作为A／D转换结束的查询信号或中断请求信号。

OE：

输出允许信号。

当OE输入高电平信号时，三态输出锁存器将A／D转换结果输出。

D0~D7：

数字量输出端。

D0为最低有效位（LSB），D7为最高有效位（MSB）。

3系统软件设计

3.1程序流程图设计

如图3.1所示

图3.1系统流程图

3.2系统主程序设计

LED_0EQU30H

LED_1EQU31H

LED_2EQU32H

ADCEQU35H

TCNTAEQU36H

TCNTBEQU37H

H_TEMPEQU38H;温度上限

L_TEMPEQU39H;温度下限

FLAGBIT00H

H_ALMBITP3.0

L_ALMBITP3.1

SOUNDBITP3.7

CLOCKBITP2.4

STBITP2.5

EOCBITP2.6

OEBITP2.7

ORG00H

SJMPSTART

ORG0BH

LJMPINT_T0

ORG1BH

LJMPINT_T1

START:

MOVLED_0,#00H

MOVLED_1,#00H

MOVLED_2,#00H

MOVDPTR,#TABLE

MOVH_TEMP,#60

MOVL_TEMP,#30

MOVTMOD,#12H

MOVTH0,#245

MOVTL0,#0

MOVTH1,#（65536-1000）/256

MOVTL1,#（65536-1000）%256

MOVIE,#8aH

CLRC

SETBTR0;为ADC0808提供时钟

WAIT:

SETBH_ALM

SETBL_ALM

CLRST

SETBST

CLRST;启动转换

JNBEOC,$

SETBOE

MOVADC,P1;读取AD转换结果

CLROE

MOVA,ADC

SUBBA,#30;判断是否低于下限

JCLALM

MOVA,H_TEMP

MOVR0,ADC

SUBBA,R0;判断是否高于上限

JCHALM

CLRTR1

LJMPPTOC

LALM:

;低温报警

CLRL_ALM

SETBTR1

CLRFLAG

LJMPPTOC

HALM:

;高温报警

CLRH_ALM

SETBTR1

SETBFLAG

LJMPPtOC

PTOC:

MOVA,ADC;数值转换

MOVB,#100

DIVAB

MOVLED_2,A

MOVA,B

MOVB,#10

DIVAB

MOVLED_1,A

MOVLED_0,B

LCALLDISP

SJMPWAIT

INT_T0:

CPLCLOCK;提供ADC0808时钟

RETI

INT_T1:

MOVTH1,#（65536-1000）/256

MOVTL1,#（65536-1000）%256

CPLSOUND

INCTCNTA

MOVA,TCNTA

JBFLAG,I1;判断是高温警报还是低温警报

CJNEA，#30,RETUNE;低温警报声

SJMPI2

I1:

CJNEA,#20,RETUNE;高温警报声

I2:

MOVTCNTA,#0

INCTCNTB

MOVA,TCNTB

CJNEA,#25,RETUNE

MOVTCNTA,#0

MOVTCNTB,#0

LCALLDELAY2

RETUNE:

RETI

DISP:

MOVA,LED_0;数码显示子程序

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.3

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.3

MOVA,LED_1

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.2

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.2

MOVA,LED_2

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.1

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.1

RET

DELAY:

MOVR6,#10

D1:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

DELAY2:

MOVR5,#20

D2:

MOVR6,#20

D3:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D3

DJNZR5,D2

RET

TABLE:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB6DH,7DH,07H,7FH,FH

END

4系统调试与测试结果分析

4.1仿真软件介绍

Proteus是模拟电路、数字电路、模／数混合电路的设计与仿真平台；更是单片机系统先进的设计与仿真平台。

它真正实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的设计与仿真过程。

它得到了从事单片机事业的教师、工程技术人员以及众多的大学生和单片机技术爱好者的青睐。

基于Proteus的单片机虚拟开发环境有效的将理论与实验联系起来，在这个开发环境里面可以很好地将演示、硬件电路设计和软件设计结合起来，在教学和具体的工程项目中应用这个开发环境不但有助于提高效率，而且可以降低开发成本和风险。

Wave6000是一款功能强大的优秀的单片机程序编辑、调试、仿真中文Windows软件。

该软件可以配合硬件进行单片机的硬件仿真，也可以单独进行单片机的软件仿真。

利用该软件进行单片机软件的编辑调试和模拟仿真，结合一台写码器，就可进行低投入的单片机的开发工作。

4.2仿真过程

根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：

硬件调试，软件调试和软硬件联调。

由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试。

我先是把电路图画好，然后接着编写程序，再将所编写的程序调入电路图中，进行仿真。

经过多次调试，最终成功了。

4.3仿真结果说明

仿真图如下：

图

4.3

（1）大于30度小于60不报警不发光

图4.3

（2）小于30度时报警且蓝灯亮

图

4.3（3）小于60度大于30度不报警不发光

图

4.3（4）大于60度报警且红灯亮

4.4测试结果分析

该温度报警器在大于60度时报警并且发出红光，小于30度时报警且发出绿光。

测量的温度范围在0～250℃。

试验很成功。

结束语

这种温度报警器结构简单。

工作时，温度测量范围为0～250ºＣ。

当温度达到预定值时，立刻发出报警信号，从而防止因温度升高或过低而带来的不必要的损失。

通过本次课程设计，又使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使也深该体会到单片机技术应用领域的广泛，不仅使我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。

为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。

其次，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，其中包括：

AT89C51单片机及其引脚说明、ADC0808引脚图及其引脚功能等，为本次课程设计提供了一定的资料。

参考文献：

1《单片机中级教程》张俊谟主编北京航空航天大学出版社2006、10.

2《电子产品开发设计与制作》王俊峰主编北京人民邮电出版社.

3《数字电子技术基础》张克农主编高等教育出版社.2008.

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