1、洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 课程名称 单片机原理与应用 设计题目 基于单片机温度检测报警器的设计 专 业 计算机科学与技术 班 级 学 号 姓 名 完成日期 课 程 设 计 任 务 书设计题目： 基于单片机温度检测报警器的设计 设计内容与要求：一、设计内容利用 STC89C51 单片机、DS18B20 数字温度采集器及 LCD1602 显示器件设计一个温度检测报警器，要求实现温度的实时测量与显示、温度上下限设定及报警功能； 二、设计要求1.分析系统功能，确定系统设计方案，掌握总体设计的方法与思路。2.系统硬件设计，确定外设与单片机的硬件接口。掌握单片机系统外部接口的扩展设计方
2、法。3.系统软件设计，结合硬件设计，编写相应控制程序，并进行 Protuse 仿真执行。4.熟练掌握程序烧录及调试过程。5.按照要求撰写课程设计论文。指导教师： 2017 年 6 月 12 日课 程 设 计 评 语成绩： 指导教师：_年 月 日I基于单片机温度检测报警器的设计摘 要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。温度的测试也已经越来越多的影响到各个领域。因此设计一个温度测试的系统是十分必要的。此课程设计论文主要介绍了一个基于 STC80C51 单片机的数字温度检测报警器系统。本系统是基于单片机的智能温度报警控制器的设计。以
3、STC80C51 为核心，采用温度传感器 DS18B20 作为温度检测器，在液晶显示屏 LCD1602 上显示实时温度。并且设置上下限报警温度。温度传感器方面，新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。通过 DS18B20 温度传感器感应周围的环境温度。显示方面, LCD1602 通过电压来改变填充在两块平行板之间的液晶材料内部分子的排列状况，以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一，错落有致的图象，而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层，就可实现显示彩色图象。报警方面，当温度超过警界最高温度时，响报警
4、音乐，黄色发光二极管闪烁;当温度低于最低温度报警时，响报警音乐，黄色发光二级管闪烁!因为所选单片机可擦写次数达万次以上，为使电路的简化，其温度报警值已预设在程序中，可以通过修改程序中的预设值改变报警温度。因此该设计控制器使用单片机 STC89C51，测温传感器使用 DS18B20，用LCD1602 实现温度显示,再根据硬件电路编写相应程序，能准确达到题目要求。关键词： STC 单片机 DS18B20 LCD1602 II目 录摘 要 .I目 录 .II前 言 .1一、设计目标与内容 .31. 设计目标 .32. 设计内容 .33. 设计要求 .3二、系统设计 .41. 设计方案 .41.1 数
5、字温度计设计方案论证 .4方案一 .4方案二 .41.2 系统设计框图 .5三、功能模块设计 .61.主控制器 .62.温度测量模块 .73.LCD 显示模块 .84.上下限设定模块 .95.报警模块 .9四、仿真与实物演示 .101.系统仿真 .102.调试中遇到的问题 .113.实物演示效果图 .11五、总 结 .12六、参考文献 .13七、附 录 .141前 言目前温度测试系统的发展很快，传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。温度测量报警系统的中心设备是温度传感
6、器，温度传感器的发展大致经过了以下的 3 个阶段：（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间的转换。（2）模拟集成温度传感器/控制器。（3）智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。数字式温度传感器（亦称智能温度传感器）是在 20 世纪 90 年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度创拿起内部包含温度传感器、A/D 传感器型号处理器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随
7、机存取储存器（RAM）和只读存储器（ROM）。数字式温度传感器能传输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。进入 21 世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。
8、因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果，读数方便，2测温范围广，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。LCD1602 通过电压来改变填充在两块平行板之间的液晶材料内部分子的排列状况，以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一，错落有致的图象，而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层，就可实现显示彩色图象。液晶是具有流动特性的物质，所以只需外加很微小的力量即可使液晶分子运动，以最常见普遍
9、的向列型液晶为例，液晶分子可轻易的借着电场作用使得液晶分子转向，由于液晶的光轴与其分子轴相当一致，故可借此产生光学效果，而当加于液晶的电场移除消失时，液晶将借着其本身的弹性及黏性，液晶分子将十分迅速的回撤消来未加电场前的状态。因此该设计控制器使用单片机 STC89C51，测温传感器使用 DS18B20，用LCD1602 实现温度显示,能准确达到题目要求。3一、设计目标与内容1. 设计目标课程设计的目的是使学生全面地熟悉和掌握本课程的主要知识，培养学生能系统地处理和解决本课程有关的技术问题，系统地掌握单片机技术应用的设计方法，为毕业设计和今后的工作奠定良好的基础。本课程设计是学生在学完单片机原理
10、及应用课程之后，进行的一个综合性和实践性很强的教学环节。学生要按照课程设计任务书的要求，对电路进行设计、分析与计算，设计程序并调试执行。2. 设计内容利用 STC89C51 单片机、DS18B20 数字温度采集器及 LCD1602 显示器件设计一个温度检测报警器，要求实现温度的实时测量与显示、温度上下限设定及报警功能；3. 设计要求（1）明确课程设计课题，明确设计任务和要求（2）充分了解课程设计的的性能、指标，设计内容及要求，确定设计方案 （3）硬件设计（4）软件设计 根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序。（6）原理图设计及仿真 根据所确定的设计电路，利用 Protel
11、或 EWB 等有关工具软件绘制电路原理图、PCB 板图、提供元器件清单；（7）软件下载至硬件上调试执行。（8）按规范和要求，撰写和打印课设报告，准备课设答辩。4二、系统设计1. 设计方案AT89C51 作为温度测试系统设计的核心器件，具有低电压供电和体积小等特点。该器件是 INTEL 公司生产的 MCS-5l 系列单片机中的基础产品，采用了可靠的 CMOS 工艺制造技术，具有高性能的 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 CMOS产品。芯片中集成了 CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功能 I/O 接口等计算机所需的基本功能部件。程序存储在单片机的程序存储器中，运行过程由程序控制。晶
12、振选用 12MHZ。DS18B20 简化了温度器件与计算机的接口电路，使得电路简单，使用更加方便。显示部分使用 LCD1602 来作为温度的直接输出，当温度超出限值时，蜂鸣器报警和数码管闪烁来提示。采用单片机汇编程序语言设计温度计的程序，对DS18B20 进行初始化、读、写，读取温度，数据的转换，温度显示和报警处理等等。1.1 数字温度计设计方案论证方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较
13、麻烦。 方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。经模数转换后的温度信号传入到 STC89C52 单片机，再由单片机控制 LED 小灯、蜂鸣器和数码管来实现温度的测量、报警、显示的功能。从以上两种方案，很容易看出，方案二电路比较简单，软件设计也比较简单，适用前景和市场经济效益分析也更优，故采用了方案二。 51.2 系统设计框图图 1 系统设计框图图 2 程序设计流程图时钟复电路 LCD 显示报警电路单片机数字时钟测温电路温度上下限
14、设定正常低高开始LCD 初始化LCD 清屏LCD 显示启动温度转换与极限值比较显示温度LED 灯光报警蜂鸣器声音报警显示温度LED 灯光报警蜂鸣器声音报警显示温度6三、功能模块设计1.主控制器 单片机 STC89C52 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。其主要特点为采用 Flash 存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容。 它有很宽的工作电源电压，可为 2.76V,当工作在 3V 时，电流相当于 6V 工作时的 1/4，工作于 12Hz 时，动态电流为 5.5mA，空闲态为 1mA,掉电状态仅为 20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。片内有 4k 字节在线可重复编程快擦写程序存储器；全静态工作,工作范围:0Hz24MHz；间歇和掉电两种工作方式超强抗干扰；高抗静电(ESD 保护) ，轻松过 2KV/4KV 快速脉冲干扰。有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含 2 个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线。STC89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。图 3 STC89C52 仿真图及实物图
