数字温度计带温度报警.docx

1、数字温度计带温度报警系统功能要求1.能够监测电脑工作温度，并实时显示；2.可以根据需要设定温控范围；3.根据传感器传输的数据实时启动制冷芯片的工作;4.电脑工作温度降到正常工作范围后停止制冷。2.功能分析及主要元器件确定从系统功能要求可知， 此系统的难度不大， 系统主要任务可以归纳为几项： 实时温度检测内容显示，按键设置，制冷单元启动。下面针对各项功能进行分析设计并选定主要元器件。1.单片机选择本设计是一个电脑用只能降温系统， 系统运行环境较好，有交流电源，没有强电磁干扰，系统功能对单片机性能要求不高，常见单片机 AT89C51/52即可满足要求。2.制冷功能设计利用温度传感器输出信号作为制冷

2、模块的控制信号， 当环境温度超出预设温度上限时启动制冷模块，实现对环境温度的控制。3.温度检测功能设计温度检测的原理有模拟检测和精密数字检测。 家庭环境温度适宜且范围较窄，采用数字温度传感器更适合。精密数字温度传感器也有多种型号，常用的 DS18B20数字温度传感器，采用一线总线，且在一线总线上可以挂接多个传感器， 能检测-55+ 125C范围内温度，在-1085C范围内检测精度 0.5 C。因而采用 DS18B20数字温度传感器。3.主要元器件性能介绍1.AT89C51单片机AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM 32个I/O口线，两个16位定时/

3、计数器，一个5向量两级中断结构， 一个全双工串行通信口， 片内振荡器及时钟电路。同时， AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电 工作模式。空闲方式停止 CPU的工作，但允许 RAM定时/计数器，串行通信口及中断系统 继续工作。掉电方式保存 RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下 一个硬件复位。VCCp 慎 0/ twoPi.PO. 2/MD2)Pl), J；代D計 PH/(AMIPX 5/ (AD?) Pft b； (AIM I Fi/(.wnFa/vppmuECU知 MSffl I AT89C5I的创出排的2.DS18B20数字温度传感器1)

4、主要特性一线总线，只需要一线与 MCU!信。一线总线上可挂接多个芯片构成分布式温度传感器网络。每个芯片都有一个唯一的 64位序列号，挂接在一线上的多个芯片依据序列号区别。 检测温度范围-55+ 125C,在-1085C范围内检测精度 0.5 C。温度转换分辨率 9位到12位可编程。12位分辨率A/D转换时间最大750ms。待机模式0功率消耗。电源电压3.05.5v2)DS18B2C引脚布置如图5所示，各引脚功能名称如下DQ: 一线通信线，用于数据输入和输出。Vcc :电源电压。GND电源地。表5 DS18B20的引脚图3）温度检测DS18B20的核心功能是直接到数字的温度传感器， 通过向DS1

5、8B20发送转换命令44H,开始一次温度转换，转换需要一定时间才能完成 ，转换时间的长度与转换分辨率有关。 DS18B20的转换分辨率可配置为 912位，默认值为12位，不同的分辨率对应的转换时间不同。配 置寄存器的结构如图 6所示，分辨率的位数由R1和R0的组合决定，其余为无关位，分辨率 位数及其对应转换时间如表 7所示，通过向 DS18B20发送设置命令4EH，可以设置配置寄存器中R1与R0的值，选择不同的分辨率。0R1R011111表6分辨率配置寄存器结构R1R0分辨率/位最大装换时间/ms00993.750110187.510113751112750表7分辨率与转换时间温度转换结果的数

6、字值，以 2字节长度存放在 DS18B20的暂存器第一、第二字节内，以 12位分辨率为例。其结构如图8所示。温度值以补码形式存放， 寄存器第二字节为温度值的高字节，高字节的高 5位S表示符号位。S=0表明温度为正值，此时实际温度值就是寄存器的数据值。S=1表明温度为负值，此时实际温度值的绝对值为： 按位取反+1.寄存器低字节（第一字节）的低4位，表示温度的小数位。分辨率不同，温度转换时小数位包含的有意义位数 不同，9位分辨率小数位只有 2的负一次位有意义， 其余位为0,精确到0.5C, 12位分辨率 小数位4位都有意义，精确到 0.0625C.两个字节中的26-20表示温度的整数部分。由 两字

7、节二进制计算温度值的示例如表 9所示SSSSS64321684210.50.21/81/156图8温度数据寄存器结构二进制数字值十六进制数字温度值0000 0111 1101 000007D0H+ 125C=111 1101.00000000 0101 0101 00000550D+85C=101 0101.00000000 0001 1001 00010191H+25.0625C=001 1001.00010000 0000 1010 001000A2H+ 10.125C=000 1010.00100000 0000 0000 10000008H+0.5C=000 0000.10000000

8、 0000 0000 00000000H0C=000 0000.00001111 1111 1111 1000FFF8H-0.5C=-000 0000.10001111 1111 0101 1110FF5EH-10.125C=-000 1010.00101111 1110 0110 1111FF6FH-25.0625C=-001 1001.00011111 1100 1001 0000FC90H-55C=-011 0111.0000表9温度值的计算示例通过向DS18B20发送读温度命令BEH，可以读取这两字节的温度值，读取时先读取的一字 节为低字节。4）操作命令通过一线总线访问DS18B20勺

9、协议包括：初始化、ROM操作命令、内存RAM操乍 命令。1） 初始化：在对 DS18B20进行任何操作之前，必须首先初始化 DS18B20初始化序列包括一个发送到DS18B20的复位信号和紧跟着由 DS18B20返回的应答信号，表明芯片已准备好接 受或发送数据。如果单片机没有接收到来自 DS18B20的应答，则不能进行对DS18B20下一步操作。2） ROM操作命令：DS18B20内部有64位8字节ROM记录着每个 DS18B20芯片全球唯一的序列号，依据序列号，就可以对挂接在一线总线山的多个 DS18B20进行区分。针对64位ROM的操作命令有 5个。读ROM命令 33H:为区分挂接在一线总

10、线上的多个 DS18B2Q必须预先知道每个芯片的各自序列号。通过发送读 ROM命令，DS18B20返回64位序列号。在读取序列号时，一线总线上只能有一个 DS18B20匹配ROM命令55H:在对同一总线上多个DS18B20的某个特定进行 RAM操作时，必须首先发送该芯片的 64位序列号，只有序列号完全一致的芯片才能接受后续的 RAM操作。应用此命令时首先发送匹配命令， 接着发送特定的4位序列号。跳过 ROM命令CCH:当一线总线上只有一个 DS18B20时，由于不可能产生混淆就没有必要再发送匹配 ROM命令，为省时就发送一个跳过序列号匹配命令。 当总线挂接多个芯片，不能跳过序列号匹配过程，即必

11、须先选择特定的芯片。搜索ROM命令F0H:此命令搜索总线上挂接芯片的数量并获取各个芯片的序列号。当总线 上只有一个芯片时，用读 ROM命令来获取其64位序列号，当总线上有多个芯片时，必须用搜索命令。但此命令的执行过程非常繁琐，最好应用读 ROM命令分别读取序列号。3)RAM操作指令DS18B20内部有9字节暂存器RAM记录着当前转换的温度值，对芯片的配置设置等内容， 如表10为暂存器分布结构。其中重要的第一字节和第二字节，存放转换的温度值，第三、 四、五存放用户对芯片的设置值。针对 RAM的操作命令有6个，其中重要的有 3个。写暂存器命令4EH:该命令用来写用户的配置参数到 DS18B20中，

12、用户配置参数为3字节,执行此命令时必须完整写入 3字节内容。字节序号内容0温度值低字节1温度值高字节2TH/用户字节13TL/用户字节24配置5保留6保留7保留8CRC校验值表10暂存器分布结构读暂存器命令BEH:读命令用来读取温度值，温度值存放在 2字节内存中，读取时第一次读取的是温度低字节，第二次读取的是温度高字节。也可以连续读出暂存器的所有 9字节,通常，只读出存放温度值的头两字节。温度转换命令44H:转换命令用来启动一次温度转换，将当前的物理温度转换位数字值。根据配置的分辨率不用， 转换一次所需要的转换时间不同， 在读取温度钱，要等待本次温度转换结束，才能读出正确的当前温度值。 因此在

13、编程时，要首先调用温度转换命令启动温度转换，然后延时相应于分辨率的转换时间再来读温度值。3.制冷芯片热电制冷又称温差电制冷， 由于目前热电制冷采用的材料都是半导体材料， 因此热电制 冷也被称为半导体制冷。它是塞贝克效应的逆效应帕尔帖效应在制冷技术方面的应用， 是- 种新型制冷方式。如图1所示，其原理是通过半导体材料的温差效应， 使直流电通过由两种不 同半导体材料串联成的电偶时，在电偶对的两端将吸收或放出热量。 如果在放热 端安装散热装置，吸热端就能通过热量输送制成简单方便的新型制冷器； 当改变直流电方向时，又能达到制热的效果。热电制冷系统仅包括冷端、热端、电源、 电路等，即它不需要制冷剂。其次

14、其工质是在固体中传导的电子，无工质泄漏， 且无机械运动，无噪声，体积小，可靠性强。半导体制冷片热惯性非常小，制冷 制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制 冷片就能达到最大温差。第三，其冷量调节范围宽，冷热转换快。因此，在某些 地方，有着压缩式制冷机无法替代的作用。 第四，半导体制冷片是电流换能型片 件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手 段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。第五，半导 体制冷片的单个制冷元件对的功率很小， 但组合成电堆，用同类型的电堆串、并 联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷

15、功率可以做到几 毫瓦到上万瓦的范围。目前，半导体热电堆制冷、发电技术已经在国防、医疗、 科研、通讯、航海、农业、动力以及工业生产等各领域得到了广泛的应用。在日 常生活方面也应用于空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。在实验室装置方 面应用于冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。 在医疗方面应用于冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。在军事方面应用 于导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导航系统。在专用装置方面：石油产 品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。但是， 由于半导体材料，电源和热端散热等方面的影响，热电制冷与常规的压缩制冷相 比，仍

16、然存在着制冷效率低等问题。4.硬件设计依据以上主要元件原理，以及各元件对数据总线，I/O 口、外部中断、内存 等资源的占用，合理分配资源。原理图见附录一。五，程序设计所有的程序都已在keil系统中编写，调试编写，调试通过，利用开发板将 程序下载到AT89C5仲，经过电路板的运行，证明系统能够运行并能实现预期的 功能。（程序见附录二）参考文献：1模拟电子技术基础，童诗白，华成英著，北京：高等教育出版社， 2000年；2C程序设计，谭浩强著，北京：清华大学出版社，2005年；3数字电子技术基础，阎石著，北京：高等教育出版社，2005年；4电子电路设计，刘征宇著，福建：福建科学技术出版社， 2004

17、年；5单片机C语言入门，孙春亮著，北京：人民邮电出版社，2008年；6单片机原理及应用，李建忠著，西安：西安电子科技大学，2002 年;7Keil Cx51 V7.0 单片机高级语言编程与uVision2应用实践徐爱钧彭 秀华编著，北京：电子工业出版社，2006年；附录一：k4-1r-TTB00Sik F3 ； ra =I I k-U - r L- 附录二:#i nclude #defi ne uint un sig ned int #defi ne uchar un sig ned char #defi ne SET P3_1 #defi ne DEC P3_2#defi ne ADD P3

18、_3#defi ne BEEP P3_6 #defi ne ALAM P1_2 #defi ne DQ P3_7 bit sha nshuo_st;bit beep_st; sbit DIAN = P0A5; ucharx=0;sig ned char m;uchar n;uchar set_st=0;sig ned char sha ngxia n=38; sig ned char xiaxia n=5;/宏定义/定义调整键/定义减少键/定义增加键/定义蜂鸣器/定义灯光报警/定义 DS18B20总线I/O/闪烁间隔标志/蜂鸣器间隔标志小数点/计数器/温度值全局变量/温度值全局变量/状态标志/

19、上限报警温度，默认值为 38下限报警温度，默认值为 38code/uchar code LEDData=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff; ucharLEDData=0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0xCF,0xDA,0x9B,0xDC,0x9B,0x8B;/=DS18B20=/= /* 延时子程序*/void Delay_DS18B20(i nt num)while( num-);/* 初始化 DS18B20*/void In it_DS18B20(

20、void)un sig ned char x=0;DQ = 1; /DQ 复位Delay_DS18B20(8); / 稍做延时DQ = 0; /单片机将DQ拉低Delay_DS18B20(80); / 精确延时，大于 480usDQ = 1; /拉高总线Delay_DS18B20(14);x=1则初始化失败x = DQ; 稍做延时后，如果 x=0则初始化成功,Delay_DS18B20(20);/* 读 个字节 */ un sig ned char Read On eChar(void) un sig ned char i=0;un sig ned char dat = 0;for (i=8;

21、i0;i-)DQ = 0; /给脉冲信号dat=1;DQ = 1; /给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;Delay_DS18B20(4);return(dat);/* 写. 个字节 */ void Write On eChar( un sig ned char dat) un sig ned char i=0;for (i=8; i0; i-)DQ = 0;DQ = dat&0x01;Delay_DS18B20(5);DQ = 1;dat=1;/*读取温度*/un sig ned int ReadTemperature(void)un sig ned char a=0;un sig n

22、ed char b=0;un sig ned int t=0;float tt=0;In it_DS18B20();WriteO neChar(OxCC); /跳过读序号列号的操作Write On eChar(0x44); / 启动温度转换In it_DS18B20();WriteO neChar(OxCC); /跳过读序号列号的操作Write On eChar(OxBE); /读取温度寄存器a=ReadOneChar(); 读低 8 位b=ReadOneChar(); /读高 8 位t=b;t=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t= tt*10+0.5; /放大10倍输出并四舍五入re

23、turn(t);/=/=/=/* 延时子程序*/void Delay( uint num)while( -num );/*初始化定时器 0*/void Ini tTimer(void)TMOD=0x1;TH0=0x3c;TL0=0xb0; /50ms (晶振 12M)/*读取温度*/void check_we ndu(void)uint a,b,c;c=ReadTemperature()-5;a=c/100;b=c/10-a*10;m=c/10;n=c-a*100-b*10;if(m99)m=99; n=9;/*显示开机初始化等待画面 */void Dispn it(void)P0 = 0x8

24、0; /刚开机时数码管显示 P2 = 0x7F;Delay(500);P2 = 0xDF;Delay(500);P2 = 0xF7;Delay(500);P2 = 0xFD;Delay(500);P2 = 0xFF; /关闭显示/*显示温度子程序*/void Disp_Temperature(void) 显示温度P0 = 0x98; /显示 CP2 = 0x7F;Delay(300);P2 = 0xFF;P0=LEDData n;/显示个位P2 = 0xDF;Delay(300);P2 = 0xFF;P0 =LEDDatam%10;显示十位DIAN = 0;/显示小数点P2 = 0xF7;De

25、lay(300);P2 = 0xFF;P0 =LEDDatam/10;/显示百位P2 = 0xFD;Delay(300);P2 = 0xFF;/关闭显示/*显示报警温度子程序*/void Disp_alarm(uchar baoj ing)P0 =0x98; /显示 CP2 = 0x7F;Delay(300);P2 = 0xFF;P0 =LEDDatabaoji ng%10; / 显示十位P2 = OxDF;Delay(300);P2 = 0xFF;P0 =LEDDatabaoji ng/1O; / 显示百位P2 = 0xF7;Delay(300);P2 = 0xFF;if(set_st=1)

26、P0 =0xCE;else if(set_st=2)P0 =0x1 A; / 上限 H、下限 L 标示P2 = 0xFD;Delay(300);关闭显示P2 = 0xff;/* 扌报警子程序 */ void Alarm() if(x=10)beep_st=beep_st;x=0;if(m=sha ngxia n&beep_st=1)|(mxiaxia n&beep_st=1) else void mai n(void)uint 乙In itTimer(); /初始化定时器EA=1; /全局中断开关TR0=1;ET0=1; /开启定时器0IT0=1;IT 仁1;check_we ndu(); 检测温度check_we ndu();for(z=0;z2)set_st=0;if(set_st=0)EXO=O; /关闭外部中断0EX仁0; /关闭外部中断1check_we ndu();Disp_Temperature(); /显示温度Alarm(); 报警检测else if(set_st=1)BEEP=1; II关闭蜂鸣器ALAM=1;EX0=1; II开启外部中断 0EX1=1; II开启外部中断1if(x