基于proteus的温控报警设计与实现word转换.docx

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基于proteus的温控报警设计与实现word转换

毕业设计（论文）题目:

基于Proteus

的温控报警器设计与实现作者------------------

届别2014届

院别信息与通信工程学院

专业自动化

指导教师-------------

职称讲师

完成时间2014年05月10日

 摘 要  

在日常生活和工业生产中，经常需要对环境温度进行准确检测，以对温度进行准确控制的目的。

然而目前温度检测和温控报警装置总是存在不少缺陷，不能满足实际应用要求，为此需要对温控报警系统进行重新设计。

文中提出了基于Proteus的温控报警系统设计方案，设计了以AT89S51单片机为核心器件的温度控制和报警电路。

并且对硬件系统和模块进行了设计和规划，其中系统硬件设计模块主要包含单片机系统、温度采集、温度显示、温度报警、温度控制和负载等六大主要模块。

同时还进行系统软件设计，对主要功能模块进行了分析。

最后还进行了系统仿真实验，并对仿真结果进行了分析和评价。

文中设计的系统能够实时存储相关的温度数据并可设置温度上下限值，可实现对环境温度测量，并在超出温度上下限值一定范围的情况下发出警告，因此具有一定的使用价值和社会价值。

关键词：

温度控制；Proteus；AT89S51；DS18B20；超温报警

Abstract  

 In daily life and industrial production, often need to accurately detect the ambient temperature, the temperature accurately be controlled to reach the purposes. However, the temperature detection and temperature control alarm device always has many defects, the requirement can not to be meet of practical application, so we need to re design temperature alarm system. This paper presents the Proteus temperature alarm system design based on the design of the temperature control, AT89S51 micro controller to be used as the core device and alarm circuit. And the hardware system and the modules be designed and planned, included system hardware design module comprises a single chip system, temperature acquisition, temperature display, temperature alarm, temperature control and load six major module. Also on the system software design, the main function module is analyzed. Finally, the simulation experiment has been carried out, and the simulation results are analyzed and evaluated. The system designed in the paper can store related temperature data real-time and can set the upper and lower temperature, the ambient temperature measurement, and issued a warning in excess of the upper and lower temperature range of circumstances, so it has certain use value and social value. 

 Key words：

 Temperature control Proteus; AT89S51; DS18B20; Over temperature alarm

目   录 

摘 要 .................................................................... I Abstract ................................................................ II 第1章 绪 论 ............................................................. 1 

1.1 课题研究背景 ............................................................... 1 

1.2 国内外研究现状 ............................................................. 1

 1.3 课题研究重点和思路 ......................................................... 2 

第2章 系统总体设计方案 .................................................. 3 

2.1功能要求 .................................................................... 3 

2.2系统总体框架设计搭配 ........................................................ 3 

第3章 系统硬件设计 ...................................................... 4 

3.1电路硬件电路总体设计概述 .................................................... 4 

3.2 单片机系统模块 ............................................................. 4 

3.2.1 AT89S51介绍 ......................................................... 5 

3.2.2 AT89S51系列引脚功能 ................................................. 5 

3.2.3 AT89S51最小系统 ..................................................... 8 

3.3 温度采集模块 ............................................................... 8 

3.3.1 DS18B20与单片机接口电路 ....................................... 8

 3.4 温度显示模块 ...................................................... 11 

3.4.1 LCD1602的外形介绍 .................................................. 11 

3.4.2 LCD1602的引脚功能介绍 .............................................. 12

 3.4.3 LCD1602与单片机连接图 .............................................. 13

 3.5 温度报警模块 ...................................................... 13 

3.5.1报警电路原理 ........................................................ 13

 3.5.2报警电路与单片机连接图 .............................................. 13 

3.6 温度控制模块 .............................................................. 14 

3.6.1 温度控制原理 ........................................................ 14 

3.6.2 温度控制电路连接图 .................................................. 14 

3.7 负载模块 .................................................................. 15 

3.7.1 负载模块的原理 ...................................................... 15 

3.7.2 负载模块的电路图 .................................................... 15 

第4章 温控报警系统软件设计 ............................................. 17 

4.1 软件语言的选择 ............................................................ 17 

4.2程序流程图 ................................................................. 17 

4.2.1主程序流程图 ........................................................ 17 

4.2.2按键处理子程序 ...................................................... 18 

4.2.3读出温度子程序 ...................................................... 19 

4.3主要程序分析 ............................................................... 20 

第5章 系统仿真与功能实现 ............................................... 22 

5.1 Proteus软件介绍 ........................................................... 22 

5.1.1 Proteus功能特点 .................................................... 22 

5.1.2 Proteus功能模块 .................................................... 22 

5.2 系统仿真 .................................................................. 22 

5.2.1 电路功能仿真 ........................................................ 22

 5.2.2 原理图仿真 .......................................................... 22 

5.3仿真电路原理图及结果 ....................................................... 23 

5.4 仿真结果分析 .............................................................. 24 

第6章 总 结 ............................................................ 25 

6.1所做主要工作 ............................................................... 25

 6.2不足与展望 ................................................................. 25 

参考文献 ................................................................ 27 

致 谢 ................................................................... 29 

附录 .................................................................... 30 

1：

电路系统原理图 ............................................................. 30 

2：

系统相关程序 ............................................................... 30 

第1章绪论

1.1课题研究背景在人们的日常生活，工业制造，制冷等领域，温度作为当前环境的重要因素之一，具有相当重要的意义。

例如火灾报警，温室获粮仓中温度的实时监测，冷库的温度调节等，因为此以温度参数为基础而设计的温度系统被广泛开发和使用。

使用传统意义上的温度计采集温度信息，不但采集精度底，实时性差，而且操作人员的劳动强度高，不利于广泛推广。

此外由于环境因素导致数据难以采集的问题，特别是在工厂，火灾的那个的现场，工作人员不能长时间停留在现场观察和采集温度，就需要实现能够将数据采集并将其传送到一个地方集中进行处理，以节省人力物力，提高效率，但这样也会出现数据传输的问题，由于厂房大，需要传输数据多，使传统方法容易造成资源浪费且可操作性差，精度不高，这都在不同程度上限制了工作的进行和展开。

因此，高精度，底成本，实时性好的温控制系统筮待人们去开发。

1.2国内外研究现状随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步。

温度的测量主要分成两个部分，一个部分就是传感器，它是温度信号被转换为电信号。

另一个部分就是电子装置，它主要是对信号进行接收、处理、显示等功能。

不同的温度段以及测量的精度要求的不同，测量装置也会不尽相同，从传感器方面看，己出现有各种金属的材料、非金属的材料、半导体的材料所制成的传感器，也有红外传感器等。

仪器的本身也逐渐趋与向小型化，成度较高的芯片或者元件组所成电路。

对于测点较多，并具有报警、巡测、控制等多功能测温装置，一般采用单片机电路。

目前的温度检测技术原理很多，大致包括以下几种：

①物体热胀冷缩原理；②热电效应；③热阻效应；④利热辐射原理等。

有着各自的不可替代优点的传统温度传感器,由于自身的自热效应从而了测量的精度,从而制约它们应用微型化的高端的电子产品中。

与传统的温度传感器相比较,半导的体温度传感器具有功耗低、体积小、灵敏度高等诸多的优点,无论是从电压方面、还是从电流方面频率的输出,都与温度成线性关系,半导体的温度传感器适合在集成的电路系统中的应用。

目前,半导体的温度传感器的工作的温度范围还限于只在-50～150℃。

未来主要的研究方向将是如何扩大它的温度适用范围,以及智能化、网络化等方面。

近年来，在温度的检测的技术的领域中，新的检测原理技术有实用性的重大进展。

新的温度的检测元件正在不断涌现现以及完善化，主要包括以下几种。

①晶体管的温度检测的元件;②集成电路的温度检测的元件;③核磁共振的温度的检测器;④热噪声的温度的检测器;⑤石英晶体的温度的检测器;⑥光纤的温度的检测器⑦激光的温度检的测器等。

目前国内外的温度控制方式越来越趋向于智能化，通过温度传感器来实现测量温度的。

温度传感器以及信号处理构成了测温仪器的两部分。

温度测量就是通过温度传感器将要测量的对象的温度的数值值转换成电的或者其它形式信号,通过信号的处理以及处理转换成温度的数值显示出来的过程。

温度的传感器随着温度的变化而受影响的方面有电容、电动势和磁性能、频率、以及光学特性等等。

随着科学的发展,更好的温度的传感器还会不断的出现。

1.3课题研究重点和思路随着单片机技术的日益成熟，应用范围的逐渐扩大，以单片机为核心的控制系统，逐渐应用到生活中的很多方面，这不仅克服了系统中存在的严重延时，节省了人力，提高了采样频率，而且很大程度上提高了控制效果和控制精度。

而以单片机为核心的温控报警器集中了其中的特点。

单片机温控报警控制系统中的关键是测量温度、发出警报并控制温度，从而达到各种需求。

因此，单片机温控报警器则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业、无线控制等重要工业领域中，扮演着重要角色。

在日常生活中，也可广泛实用于空调器、电加热器等各种家居电器。

本文设计以AT89S51单片机为核心的温度控制和报警电路。

实现温度的智能控制，使负载能够在温度的工作环境下正常工作。

在了解和研究温度智能控制的原理后，能够得到温度检测及控制报警电路相应模块的实现思路，设计出相应的电路图并能够将电路图仿真，最终实现设计的功能。

重点研究内容该系统中各核心模块的的详细设计方案，得出结论和分析。

第2章系统总体设计方案

2.1功能要求本设计以AT89S51为核心，控制整个系统。

适合在一定温度条件的环境下，电路中用到了继电器，通过单片机的弱点系统来控制与继电器项链的强电系统，从而保证强点系统控制的安全性。

系统的利用数字温度传感器DS18B20采集数据并送给单片机，单片机处理之后将采集的数据送给LCD1602显示一边操作人员直观的了解当前温度。

我们给系统正常工作设定为0℃-50℃，如果当前温度在这个温度设定范围内，则单片机控制继电器闭合，使继电器控制的负载回路导通，是系统正常工作；若当前温度不在这个范围内，则说明当前温度不满足工作需求。

，此时单片机控制蜂鸣器发出警报，并且控制继电器使负载停止工作。

并根据当前温度，若温度小于0℃，则启动加热装置，若温度高于50℃，则启动降温装置，直到达到系统温度，蜂鸣器停止报警，负载回路导通，重新开始工作。

从而达到一个自动控制的作用，整个系统形成一个闭环温度值，系统变化参数为温度的值，负载的工作取决于环境温度的变化，通过单片机弱电控制与继电器相连的强电系统，从而解决了强电系统直接控制对操作人员有一定危险性的特点。

2.2系统总体框架设计搭配单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制报警系统。

该控制系统可以实时存储相关的温度数据。

其主要包括：

电源电路、温度采集电路、按键处理电路、LCD显示电路、报警电路以及单片机基本电路。

电路功能总框架图如图2.1所示：

2.1总框架图

它们的主要功能分别是：

（1）温度采集功能：

由温度传感器检测当前环境温度，并将温度传给单片机AT89S51。

（2）温度显示功能：

采集到的温度，能够直接显示在LCD1602上，便于使用者的操作和观测。

（3）温度报警功能：

对采集到的温度自动判断并进行声音和光报警，起到提示的作用。

（4）温度控制功能：

由两部分组成，分别是加热和降温装置，实现智能全自动操作。

温度采集电路电源电路显示电路报警电路温度控制电路

第3章系统硬件设计

3.1电路硬件电路总体设计概述温度自动控制系统实际上是对温度参数的采集而根据采集的温度来自动进行控制。

目的是使负载能够工作，通过单片机只能控制而改变温度，使环境温度达到设定范围。

主要应用于一些需要特殊温度需求的地方，比如机房等，通过实时只能监控。

某些重要实验也需要温度在一定范围内进行，都可以通过本系统来控制。

本设计是一个闭环自动控制系统。

弱电控制强电，单片机控制继电器的开合，再控制负载的工作状态。

避免了使用人员直接接触强点系统导致的危险性。

本设计的硬件部分分为六个模块：

单片机系统模块、温度采集模块、温度显示模块、温度报警模块、温度控制模块、负载模块。

3.2单片机系统模块

3.2.1单片机历史通过单片机的基本操作处理的二进制位数进行分类，单片机主要分为：

4位的单片机、8位的单片机、16位的单片机和32位的单片机。

单片机的发展史可大致分为4个阶段。

（1）第一阶段（1974年--1976年）：

早期级阶段。

因为初期的技术和经验比较贫乏，单片机采用的是双片形式。

例如，在1974年的12月，日本的一家公司开发出的8位的F8单片机，就只包括了简单的8位CPU、64ＢＲＡＭ和2个并行口。

（2）第二阶段（1976年--1978年）：

低性能阶段。

在1976年，MCS--48（8位单片机）被Intel公司推出，它极大地促进了世界各个公司的单片机的变革和发展；在1977年，GI公司虽然推出了PIC1650，可是这个时期各个公司的单片机还是处于性能低的阶段。

（3）第三阶段（1978年--1983年）：

高性能阶段。

例如，1978年，Z8单片机被Zilog公司推出；1980年，Intel公司以MCS--48单片机为基础使MCS--51系列被推出，6801单片机被Motorola公司推出等，让单片机的综合能力跃上了一个新的台阶。

从此，世界各公司的这种高性能单片机迅速发展起来。

这个阶段推出的单片机普遍带有串行I/O口、多级中断系统、16位定时器/定时器，片内ROM、RAM容量加大，且寻址范围可达64KB,有的片内还带有A/D转换器。

由于这类单片机的性能价格比高，因而被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。

（4）第四阶段（1983年--现在）：

8位单片机的巩固、发展以及16位单片机和32位单片机的推出阶段。

16位单片机的典型产品为Intel公司生产的MCS--96系列单片机。

而32位单片机的优势不仅具有更高的集成度，其数据处理速度还比16位单片机也提高许多，性能与此同时也比8位、16位单片机更加优越。

在单片机制造业蓬勃发展的20世纪90年代，Motorola、Intel、ATMEL、德州仪器（TI）、Philips、LG等公司中大量的性能优越的单片机被发展起来，极大地促进了单片机的应用。

近年，不少新型的高集成度的单片机产品的涌现，使单片机出现的局面更加丰富多彩。

目前，不仅8位单片机被得到广泛的应用，16位单片机和32位单片机也得到广大用户的青睐。

专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可能是最终形成事实上的标准MCU芯片。