基于单片机的温度控制报警系统设计.docx
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基于单片机的温度控制报警系统设计
摘要
毕业设计
基于单片机的温度报警系统设计
学校：
专业：
班级;
姓名：
摘要
近年来随着计算机与控制技术的蓬勃发展与广泛应用，人们从中受益良多，生活中也随处可见电子产品，自动化，智能化成为发展趋势，而以单片机为核心的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测的日新月益。
本设计论述了一种以STC89C51单片机为控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。
该控制系统可以实时存储相关的温度数据并可设置温度上下限值，实现对环境温度测量并在超出范围的情况下发出警告。
系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。
硬件电路主要包括STC89C51单片机最小系统，测温电路、LCD液晶显示电路以及报警电路等。
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，计算温度子程序、按键处理程序、LCD显示程序以及数据存储程序等。
关键词：
STC89C51单片机；DS18B20；LCD显示电路
Abstract
Inrecentyears,alongwiththecomputerandcontroltechnologyofboomingdevelopmentandwideapplication,peoplebenefitalotfromit,lifealsocanbeseeneverywhereelectronicproducts,automation,intelligentbecomedevelopmenttrend,andwiththesinglechipprocessorasthecoreapplicationiscontinuouslytothedeepening,andpushthetraditionalcontrolexaminationonthenewvictims.ThisdesignisdiscussedinSTC89C51microcontrolisacontrolunit,withthetemperaturesensorDS18B20forthetemperaturecontrolsystem.Thecontrolsystemcanstorerelatedtemperaturedatareal-timeandsetupanddowntemperaturelimits,andtorealizetheenvironmenttemperaturemeasurementandbeyondthescopeofthewarning.Thesystemdesignoftherelatedhardwarecircuitandrelatedapplications.ThehardwarecircuitSTC89C51mainlyincludessinglechipminimizesystem,temperaturemeasurementcircuit,LCDdisplaycircuit,alarmcircuit,etc.Systemprogrammainlyincludesthemainprogram,readthetemperatureprocedure,thecalculationoftemperatureprocedure,keyprocessingprogram,LCDdisplayproceduresanddatastorageprocedures,etc.
keywords：
STC89C51single-chipmicrocomputer;DS18B20;LCDdisplaycircuit
1绪论
1.1课题的背景及其意义
二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、单片机技术更是得到广泛的应用，伴随着科学技术的发展，需要对仪器设备的各种参数进行测量。
而温度涉及到生活生产的各个方面，应运而生温度测量控制也成为了生活生产中关注的热点，对温度的控制在各行各业中也发挥着重要的作用。
例如在工业生产之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行；在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温生产；更具体点在生活中冰箱，空调等都需要对温度进行实时控制。
温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。
温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。
由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。
而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断，从而满足生产生活中的各种需要。
单片机温度测量控制系统中的关键是测量温度、控制温度，从而达到各种需求。
因此，单片机温度测量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。
1.2课题研究的内容及要求
我的毕业设计的题目是基于单片机的温度控制报警系统设计。
它是多种技术知识的结合，不仅涉及到硬件的设计，还需要软件编程，同时还要兼顾到精度、测量误差、稳定性等各种因素。
电路板是从电子市场买来，要自己亲手焊接，这就要考虑如何布线，来达到外观美观，功能实现的目标。
经过查阅资料发现许多应用场合原来就有测温仪器，只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高、升级。
其中，有部分应用场合对精度提高的幅度要求也不是特别高。
因此，为了提高性价比，我所设计的系统提出在原有设计的基础上进行一些简单的修改，以此为出发点，主要阐述的是温度测量自动报警系统的实现方法。
本文所要研究的课题是基于单片机的温度报警系统设计，主要是介绍了对环境温度的测量、显示、控制及报警，实现了动态温度的实时显示。
温度控制部分，提出了用AT89C51单片机、DS18S20、及LCD显示的硬件电路完成对环境温度的实时检测及显示，利用DS18S20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现，超出设定的上下限温度，报警系统就自动报警。
控制器是用89C51单片机，适合于应对多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18S20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。
从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18S20供电。
同时DS18S20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。
而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动自动报警等功能。
而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。
1.3课题的研究方案
温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。
温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。
本设计方案很简单，采用了STC89C51单片机系统来实现。
单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。
单片机系统可以用液晶屏幕来显示环境温度的实际值，能用键盘输入设定上下线值。
本方案选用了STC89C51芯片，本身存储器已够用，不需要外扩展存储器，可使系统整体结构大为简单从而大大提高了系统的智能化。
2电路设计的理论基础
2.1系统设计的框架
本课题设计的是一种以STC89C51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。
下图（图2-1）为设计框架图。
报警电路
显示电路
单片机
电源电路
按键调节
信号采集
2.2单片机发展史
单片机根据其基本操作处理的二进制位数主要分为：
4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。
单片机的发展史可大致分为4个阶段。
第一阶段（1974年--1976年）：
单片机初级阶段。
因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。
1974年12月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包括了8位CPU、64Ｂ ＲＡＭ 和2个并行口。
：
第二阶段（1976年--1978年）：
低性能单片机阶段。
1976年，Intel公司推出的MCS--48单片机（8位单片机）极大地促进了单片机的变革和发展；1977年，GI公司推出了PIC1650，但这个阶段的单片机仍然处于低性能阶段
第三阶段（1978年--1983年）：
高性能单片机阶段。
1978年，Zilog公司推出了Z8单片机；1980年，Intel公司在MCS--48单片机的基础上推出了MCS--51系列，Motorola公司推出了6801单片机，这些产品使单片机的性能及应用跃上了一个新的台阶。
此后，各公司的8位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，所以被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。
第四阶段（1983年--现在）：
8位单片机巩固、发展及16位单片机和32位单片机推出阶段。
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位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比16位单片机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越。
20世纪90年代是单片机制造业大发展的时期，这个时期的Motorola、Intel、ATMEL、德州仪器（TI）、三菱、日立、Philips、LG等公司也开发了一大批性能优越的单片机，极大地单片机的应用。
近年来，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来，出现了单片机丰富多彩的局面。
目前，除了8位单片机得到广泛用用上的展表明，80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
2.3STC89C51系列单片机介绍
2.3.1STC89C51特性
STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—flashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
而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。
STC89C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。
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
近年来随着计算机与控制技术的蓬勃发展与广泛应用，人们从中受益良多，生活中也随处可见电子产品，自动化，智能化成为发展趋势，而以单片机为核心的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测的日新月益。
本设计论述了一种以STC89C51单片机为控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。
该控制系统可以实时存储相关的温度数据并可设置温度上下限值，实现对环境温度测量并在超出范围的情况下发出警告。
系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。
硬件电路主要包括STC89C51单片机最小系统，测温电路、LCD液晶显示电路以及报警电路等。
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，计算温度子程序、按键处理程序、LCD显示程序以及数据存储程序等。
关键词：
STC89C51单片机；DS18B20；LCD显示电路
Abstract
Inrecentyears,alongwiththecomputerandcontroltechnologyofboomingdevelopmentandwideapplication,peoplebenefitalotfromit,lifealsocanbeseeneverywhereelectronicproducts,automation,intelligentbecomedevelopmenttrend,andwiththesinglechipprocessorasthecoreapplicationiscontinuouslytothedeepening,andpushthetraditionalcontrolexaminationonthenewvictims.ThisdesignisdiscussedinSTC89C51microcontrolisacontrolunit,withthetemperaturesensorDS18B20forthetemperaturecontrolsystem.Thecontrolsystemcanstorerelatedtemperaturedatareal-timeandsetupanddowntemperaturelimits,andtorealizetheenvironmenttemperaturemeasurementandbeyondthescopeofthewarning.Thesystemdesignoftherelatedhardwarecircuitandrelatedapplications.ThehardwarecircuitSTC89C51mainlyincludessinglechipminimizesystem,temperaturemeasurementcircuit,LCDdisplaycircuit,alarmcircuit,etc.Systemprogrammainlyincludesthemainprogram,readthetemperatureprocedure,thecalculationoftemperatureprocedure,keyprocessingprogram,LCDdisplayproceduresanddatastorageprocedures,etc.
keywords：
STC89C51single-chipmicrocomputer;DS18B20;LCDdisplay
circuit
1绪论
1.1课题的背景及其意义
二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、单片机技术更是得到广泛的应用，伴随着科学技术的发展，需要对仪器设备的各种参数进行测量。
而温度涉及到生活生产的各个方面，应运而生温度测量控制也成为了生活生产中关注的热点，对温度的控制在各行各业中也发挥着重要的作用。
例如在工业生产之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行；在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温生产；更具体点在生活中冰箱，空调等都需要对温度进行实时控制。
温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。
温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。
由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。
而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断，从而满足生产生活中的各种需要。
单片机温度测量控制系统中的关键是测量温度、控制温度，从而达到各种需求。
因此，单片机温度测量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。
1.2课题研究的内容及要求
我的毕业设计的题目是基于单片机的温度控制报警系统设计。
它是多种技术知识的结合，不仅涉及到硬件的设计，还需要软件编程，同时还要兼顾到精度、测量误差、稳定性等各种因素。
电路板是从电子市场买来，要自己亲手焊接，这就要考虑如何布线，来达到外观美观，功能实现的目标。
经过查阅资料发现许多应用场合原来就有测温仪器，只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高、升级。
其中，有部分应用场合对精度提高的幅度要求也不是特别高。
因此，为了提高性价比，我所设计的系统提出在原有设计的基础上进行一些简单的修改，以此为出发点，主要阐述的是温度测量自动报警系统的实现方法。
本文所要研究的课题是基于单片机的温度报警系统设计，主要是介绍了对环境温度的测量、显示、控制及报警，实现了动态温度的实时显示。
温度控制部分，提出了用AT89C51单片机、DS18S20、及LCD显示的硬件电路完成对环境温度的实时检测及显示，利用DS18S20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现，超出设定的上下限温度，报警系统就自动报警。
控制器是用89C51单片机，适合于应对多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18S20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。
从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18S20供电。
同时DS18S20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。
而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动自动报警等功能。
而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。
1.3课题的研究方案
温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。
温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。
本设计方案很简单，采用了STC89C51单片机系统来实现。
单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。
单片机系统可以用液晶屏幕来显示环境温度的实际值，能用键盘输入设定上下线值。
本方案选用了STC89C51芯片，本身存储器已够用，不需要外扩展存储器，可使系统整体结构大为简单从而大大提高了系统的智能化。
2电路设计的理论基础
2.1系统设计的框架
本课题设计的是一种以STC89C51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。
下图（图2-1）为设计框架图。
电源电路
单片机
显示电路
信号采集
报警电路
按键调节
图2-1总框架图
2.2单片机发展史
单片机根据其基本操作处理的二进制位数主要分为：
4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。
单片机的发展史可大致分为4个阶段。
第一阶段（1974年--1976年）：
单片机初级阶段。
因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。
1974年12月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包括了8位CPU、64Ｂ ＲＡＭ 和2个并行口。
第二阶段（1976年--1978年）：
低性能单片机阶段。
1976年，Intel公司推出的MCS--48单片机（8位单片机）极大地促进了单片机的变革和发展；1977年，GI公司推出了PIC1650，但这个阶段的单片机仍然处于低性能阶段。
第三阶段（1978年--1983年）：
高性能单片机阶段。
1978年，Zilog公司推出了Z8单片机；1980年，Intel公司在MCS--48单片机的基础上推出了MCS--51系列，Motorola公司推出了6801单片机，这些产品使单片机的性能及应用跃上了一个新的台阶。
此后，各公司的8位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，所以被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。
第四阶段（1983年--现在）：
8位单片机巩固、发展及16位单片机和32位单片机推出阶段。
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位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比16位单片机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越。
20世纪90年代是单片机制造业大发展的时期，这个时期的Motorola、Intel、ATMEL、德州仪器（TI）、三菱、日立、Philips、LG等公司也开发了一大批性能优越的单片机，极大地单片机的应用。
近年来，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来，出现了单片机丰富多彩的局面。
目前，除了8位单片机得到广泛用用之外，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可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
2.3STC89C51系列单片机介绍
2.3.1STC89C51特性
STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—flashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
而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。
STC89C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。
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32位可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2.3.2STC89C51系列引脚功能
STC89C51有40引脚双列直插（DIP）形式。
其逻辑引脚图如图2-2。
图2-2STC89C51引脚图
各引脚功能叙述如下：
1．电源和晶振
VCC（40脚）——接+5
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