基于proteus的温度检测及报警的仿真研究报告文档格式.docx

1、（3）键盘是采用拨动开关，实现温度设定围为：（4）给定温度用1位LCD用动态或静态扫描技术显示；（5）实际温度用1位LCD用动态或静态扫描技术显示；（6）当温度超出设温度置时蜂鸣器进行自动报警。工作容和要求：（1）阅相关资料熟悉温度控制与报警器相关知识，进行方案设计；（2）根据设计方案进行电路设计并绘制出相应电原理图;（3）根据硬件设计程序;（4）通过Proteus软件对设计方案进行电路功能仿真调试;（5）根据设计，完成毕业论文;（6）准备答辩.主要参考文献：1 曾屹，楚武单片机原理与应用S中南大学，2009：18-327.2 楼然苗，光飞单片机课程设计指导M航空航天大学，2007：55-73

2、.3 周润景，丽娜基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真M航空航天大学，2006：3-3364 周润景，映群Proteus入门实用教程M机械工业，2007：267-3325 永枫单片机应用实训教程S.电子科技大学，2005：107-2676 肖洪兵，胡辉，郭速学跟我学单片机S航空航天大学，2002：192-218.学 生（签名） 2012年9月 10日指 导 教师（签名） 2012年9月 10日教研室主任（签名） 2012年9月 10日系 主 任（签名） 2012年9月 10日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目1选题的背景和意义： 温度是一种最基本的环境参数,人民的生活环境与温度

3、息息相关,因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义, 蔬菜的生长与温度息息相关，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温度控制。温度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的围。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生错误。为此 ，在现代化的蔬菜大棚管理常有温度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。 本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法。以及用单片机STC89C51的编程实现温度测量。2.课题研究的主要容：本数字温度计设计采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,其温度

4、值可以直接被读出来,通过核心器件单片机AT89C51控制温度的显示,用1602LCD液晶模块显示显示。温度检测与报警系统包括主控制器AT89C51、温度传感器DS18B20、报警电路、单片机复位电路及LCD液晶模块显示电路。本文是以单片机AT89C51为核心进行设计。通过DALLAS公司的单总线数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换。其输出温度采用数字显示，用LED液晶显示以串口传送数据，实现温度显示，能准确达到以上要求。、此温度计属于多功能温度计可以用来测量环境温度，还可以设置上下报警温度，当温度不在设置围时，可以报警。3.课题研究的方法论述：（1）查阅书籍,进行总体理

5、论分析与设计。（2）硬件设计（画出电路仿真图） 。（3）软件设计（运用C语言编写相关的程序）。（4）用PROTEUS软件完成温度检测与报警控制软硬件调试。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止）日期工作容2012. 9.3 - 2012. 9.7查找资料确立选题2012. 9.8-2012.9.12完成开题报告2012.9.13-2012.10.25绘制原理图，编写程序2012.10.26-2012.11.13撰写论文2012.11.14毕业设计答辩2012.11.142012.11.18根据答辩小组和指导老师意见修改论文，力争在容和格式上符合毕业设计规要求。五、指导教师意见：题目难度适中，设计

6、目标明确、方法得当，安排进度合理，允许开题。指导教师签名：六、系部意见 同意开题系主任签名：毕业设计（论文）中期检查表指导教师选题情况难易程度偏难适中偏易工作量较大较小符合规化的要求任务书有无开题报告外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况该学生了解设计容的安排，仔细研究了设计方案，认真进行毕业课题仿真设计，并完成论文初稿，积极查阅资料，多次主动虚心求教，通过本次设计可以看出该同学做事认真，积极投入，解答问题很有见解，对问题的分析比较透彻，课题正按计划进行。 指导教师所在专业意见： 继续进行系主任摘要:温度是与人们生活息息相关的环境参数,许多

7、情况下都学要进行温度测量及报警,温度测量报警系统在现代日常生活.科研.工农生产中已经得到了越来越广泛的应用。所以对温度的测量报警方法及设备的研究也变得极其重要。随着人们生活的不断提高以及应对各种复杂测量环境的需要，我们对温度测量报警的要求也越来越高，利用单片机来实现这些控制无疑使人们追求的目标之一，它带给我们的方便时不可否定的，其中温度检测报警器就是一个典型的例子。要为现代人工作，科研，生活，提供更好的设施，就需要从单片机技术入手，向数字化，智能化控制方向发展。本设计所介绍的温度报警器,可以设置上下限报警温度,当温度不在设置围时，可以报警。与传统温度测量系统相比，本设计中的数字温度测量报警系统

8、具有很多前者没有的优点，如测温围广而且准确，采用LED数字显示，读数方便等。关键词：单片机，温度检测，AT89C51，DS18B201 绪 论1.1 课题背景随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同：产品的工艺不用，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度忽然采用的控制方法也不相同。传

9、统的控制方式以不能满足高精度、高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。温度是一个永恒的话题和人们生活环境有着密切关系的物理量，、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温度的测量及控制至关重要。其测量控制一般使用各式各

10、样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其用途已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，这就使得以单片机为核心的数

11、据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。2系统的具体设计本系统的温度检测有两套方案,两种都能够对温度进行测量,第一中是采用AD590,使用AD590作为温度传感器,需要进行电流电压变换,电压放大以及A/D转换。第二种是采用DS18B20作为温度传感器进行温度测量。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量围,在一秒把温度转化成数字,测得的温度值的存储在两个八位的RAM中,单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度,使用方便。另外采用外加电源供电对DS18B20的VDD引脚供电。它的好处是无须MOSFET,而且在温度转换期间总线可自由搭载其它器件。它试用于对性能要求不高 成本严格控制

12、的应用,是经济型产品。它具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小和使用方便等优点,得到广泛应用。因为AD590需要模拟转数字电路,精确度低,测温点数少对线阻有要求,电路繁多,成本也较高,故本系统采用方案二。在系统的总体设计方案中,我们采用AT89C51单片机作为控制核心对温度传感器DS18B20控制，读取温度信号并进行计算处理，并送到液晶显示器LCD1602显示。 按照系统设计功能的要求，温度检测计总体电路结构框图如图2.1所示,确定系统由4个模块组成：单片机主控制模块、蜂鸣器报警模块、温度测量模块和液晶显示模块。3 硬件电路设计本课程设计的多点测温系统是以单片机和单总线数字温度传感器DS18B

13、20为核心，充分利用单片机优越的部和外部资源及智能温度传感器DS18B20的优越性能构成一个完备的测温系统，实现对温度的多点测量。整个系统由单片机控制，能够接收传感器的温度数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令，选择对应的温度传感器，并由驱动电路驱动温度显示。本课程设计了一种合理、可行的单片机监控软件，完成测量和显示的任务。由于单片机具有强大的运算和控制功能，使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点。 本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、声光报警电路等构成。3.1 单片机主控设计主控制单元是单片机选用市场上常见的美国ATMEL公司的AT89C51作为控制元件

14、，以下是一些AT89C51的介绍，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存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1000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，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C

15、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。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash闪速存储器，128字节部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/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中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的容，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。3.1.1主要特性-与MCS-51 兼容 -4K字节可编程闪烁存储器 -寿命：1000

16、写/擦循环 -数据保留时间：10年 -全静态工作：0Hz-24MHz -三级程序存储器锁定 -1288位部RAM -32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 -片振荡器和时钟电路3.1.2系统时钟电路单片机部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，系统时钟电路结构如图3.1所示，可以根据情况选择6MHz、8MHz或12MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择20-30pF左右的瓷片电容。图3.1 时钟电路3.1.3 复位电路单片机小系统采用上电自动复位和手

17、动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。复位电路结构如图3.2所示。上电自动复位通过电容C3充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R2与VCC接通来实现。图3.2复位电路3.2 温度信号采集设计如图3.3美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量

18、系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活，使你可以充分发挥“一线总线”的优点。 同DS18B20一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度围在-10+85C围，精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压围，使系统设计更灵活、方便，而且新一代产品更便宜，体积更小。对于温度的采集需要用到DS18B20一总线温度传感器，以下DS18B20的一些介绍：DSl8B20温度传感器是美国DAL

19、LAS半导体公司继DSl820之后最新推出的只用改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据要求通过简单的编程实现9l2位的数字直读方式。可以分别存93.75ms和750ms完成9位和12位的数字量，并且从DSl8B20读出的信息或写入DSl8B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接DSl8B20供电，而无需额外电源。因而使用DSl8B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度，转换时时间，传输距离，分辨率等方面较DSl820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DSl8B20采

20、用3脚PR35封装或8脚SOIC封装。 DS18B20的测温流程如下图3.4 DS18B20测温流程。3.2.1 DS18B20的特性（1）适应电压围更宽，电压围：3.05.5V，寄生电源方式下可由数据线供。（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路。（5）温围085，在0+85时精度为0.5。（6）可编程的分辨率为912位，

21、对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7）在9位分辨率时最多在93.75ms把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms把温度值转换为数字，速度更快。（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3.2.2 DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理如图3.5所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的

22、信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2 计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 DS18B20在正常使用时的测温分辨率为0.5，如果要更高的精度，则在对DS18B20测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DS18B20部暂存寄存器的方法

23、，将DS18B20的测温分辨率提高到0.10.01。 图3.5 DS18B20测温原理图3.2.3 DS18B20与单片机接口电路P3.7口和DS18B20的引脚DQ连接，作为单一数据线。U4即为温度传感芯片DS18B20，本设计虽然只使用了一片DS18B20，但由于不存在远程温度测量的考虑，所以为了简单起见，采用外部供电的方式，如图3.6所示。测温电缆采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一对接VCC和地线，屏蔽层在电源端单点接地。图 3.6 DS18B20与单片机接口电路3.3液晶显示屏输出如下图3.7LCD液晶显示,液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控

24、制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。液晶显示器各种图形的显示原理 ：点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的容和显示屏上相应位置的亮暗对应。这就是LCD显示的基本原理。用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显

25、示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送

26、第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字,字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以太阳人电子的1602字符型液晶显示器介绍其用法。LCD1602主要技术参数： 显示容量:162个字符; 芯片工作电压:4.55.5V ;工作电流:2.0mA（5.0V）; 模块最佳工作电压:5.0V; 字符尺寸:2.954.35（WH）mm,1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.1 。表3.1 1602LCD 引脚接口说明编号符号引

27、脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D33VL液晶显示偏压11D44RS数据/命令选择12D55R/W读/写选择13D66E使能信号14D77D015BLA背光源正极8D116BLK背光源负极3.4 按键电路设计采用独立按键接口，这种方式是各种按键相互独立，每个按键接一根输入线，一根输入线按键的工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘用于按键较少或操作速度较高的场合。独立式按键电路按键直接与单片

28、机的I/O口连接，通过读I/O口，判定每个I/O口的电平状态，即可识别按下的键。由于只有四个按键，因此按键接口电路的设计比较简单，单片机P1.4和P1.7端口设定为输入状态，平时通过电阻上拉到Vcc，按键按下时，对应的端口的电平被拉到低电平，如下图3.4所示。这样就可以通过查询有无外部中断来判断有没有按键按下，按键各接一根输入线，一根输入线的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。通过部判断是否产生外部中断，即可识别按下的键。2个按键定义如下：P1.4:报警温度键，按此键则显示设定的报警温度值。P1.7:正常温度键，按此键则显示设定的正常温度值。图 3.4 按键电路的仿真3.5报警电路设计本设计采用软件处理报警，利用有源蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电。当所测温度超过获低于所预设的温度时，数据口相应拉高电平，报警输出。报警电路硬件连接见图 3.5。（也可采用发光二级管报警电路，如过需要报警，则只需将相应位置1，当参数判断完毕后，再看报警模型单元ALARM 的容是否与预设一样，如不一样，则发光报警）图.3.5报警电路设计4 温度控制系统的软件设计整个系统需要对每一个硬件模块进行软件设计。在这一章，主要针对每个硬件电路模块编程，然后