1、 温度报警器 设计 DESIGN OF TEMPERATURE ALARM 专 业： 电子信息工程 姓 名： 郭 凯 指 导 教 师： 何 静 申请学位级别： 学 士 论文提交日期： 2014 年 6月 4 日 学位授予单位： 天津科技大 学摘 要 在日常生活中， 温度是一种最基本的环境参数， 它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到，必须精确测量和不可忽略的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。 DS18B20 是美国 Dallas 公司生产的单总线数字式温度传感器，具有结构简单、体积小、操作灵活
2、、使用方便等特点，其具有多样的封装形式，主要适用于各种狭小空间内设备的数字测温和控制。 软件系统是该器件必不可少的部分，它决定着硬件电路的正常运行。起到了及其重要的作用。该款温度报警器的 软件部分不是十分的复杂，我们首先选择汇编语言作为软件系统的开发语言。为了达到清晰的编程思路。我们把该程序模块化。具体的分为以下几个部分：主程序、温度报警程序、测温程序、液晶显示程序。 其中该温度报警器通过 DS18B20 温度传感器感应周围的环境温度，通过单片机对其数据进行读取处理，经过 LCD1602 显示模块将实时温度显示在液晶显示器上，同时可以通过温度报警设置模块对温度报警上、下值进行设定。当 DS18
3、B20读取的温度超过设定的温度值的上限或下限时，通过温度报警模块的扬声器和LED 指示灯进行报警。 关键字 :单片机 、汇编语言 、 DS18B20 、液晶显示器 ABSTRACT In daily life, the temperature is one of the most basic environmental parameters, it is the most close to human life, working relationship of physical quantities, is often encountered in the design of each sub
4、ject and engineering research, must be precise measurements and quantities that cannot be ignored. From the industrial furnace temperature, environment temperature to the human body temperature; From space, the ocean to household appliances, all cannot leave the temperature test temperature control
5、technology field. DS18B20 produced by Dallas company in the United States single bus digital temperature sensor, has the advantages of simple structure, small volume, flexible operation, convenient use, etc, it has a variety of packaging forms, mainly suitable for all kinds of small space within the
6、 digital temperature test control of the equipment. The software system is the essential part of the device, it determines the normal operation of the hardware circuit. Play a critical role. The software part of the temperature alarm is not very complicated, we first select assembly language as the
7、development of software system language. In order to achieve a clear programming ideas. We put the program modular. Concrete is divided into the following several parts: the main program, temperature alarm, temperature, liquid crystal display program. Wherein the temperature alarm by sensing the sur
8、rounding environment temperature DS18B20 temperature sensor, through single chip microcomputer to read its data processing, through LCD1602 display module to real-time temperature display on the LCD display, at the same time can be set through the temperature alarm module of temperature alarm, the v
9、alue set. When the DS18B20 read temperature more than set temperature of the upper or lower limit, through temperature alarm module of the speaker and LED lights for alarm. Keywords: single chip microcomputer 、 assembly languager 、 DS18B20 、 LCD 目 录 第一章 绪论 . 1 第一节 选题的背景与意义 . 1 第二节 温度报警器系统的发展概况 . 1 第
10、三节 课题概述与论文结构 . 3 第二章 元件介绍与选用 . 5 第一节 温度测量的分类 . 5 第二节 数字式温度传感器 . 6 第三节 显示器的分类与简介 . 10 第四节 单片机的分类与简介 . 13 第三章 温度报警器硬件的设计与研究 . 18 第一节 硬件系统基本设计思想 . 18 第二节 电路模块的分类与简介 . 18 第三节 设计总原理图 . 21 第四章 温度报警器软件的设计与研究 . 23 第一节 软件系统基本 设计思想 . 23 第二节 测温处理程序的设计 . 25 第三节 显示模块程序设计 . 26 第四节 软硬件结合后调试结果 . 28 第五章 结论与展望 . 29 第
11、一节 工作总结 . 29 第二节 课题研究成果 . 29 第三节 未来展望 . 30 参考文献 . 31 附 录 . 32 致 谢 . 40 天津科技大学 2014 届本科生毕业设计 1 第一章 绪论 第一节 选题的背景与意义 在日常生活中，温度对于我们并不陌生，它是一个时时刻刻存在 的物理量在我们的日常生活中占据了十分重要的地位。 温度的大小时刻与我们的生产、生命、安全息息相关。 因此对温度的测量与控制 对各个行业领域 有着很 及其重要的作用尤其是在金属冶炼、化学研究 、建材 生产 、食品 加工 、机械 制作 、石油 提炼等 工业 领域，占据不可忽视 的作用。 众所周知，当我们进行陶瓷 烧烤
12、 ，制作陶瓷工艺时 ， 必须很精确的控制其烧烤温度，只要我们控制好其温度，这样才能创造出 完美的 、无瑕疵的艺术品，一旦温度控制不佳， 将会一件次品；另外当我们进行酿酒时 ， 同样 也需要对温度进行 合理适当的 控制 ，只有这样，我们才能够生产出大家公认的好酒 。 如此可见 ， 对于 温度的 检测与把控在我们日常生活以及工业生产占据着举足轻重的 地位 【 4】 。 目前 ，在 日新月异的生活变化中，工业和农业领域得到了快速的发展与进步 ,人们的需求也是不断地扩张，对于电子工业领域，自动化的产品无疑是得到大家的欢迎， 随着微型处理器功能的不断强大， 单片机 无疑成了人们心目中最美好的选择 ，它
13、的出现为人民的生活带来了不可否认利益， 对于工业领域，提高了生产效率， 方便了人民的生活。然而随着人们 的要求越来越高， 对现代科学研究，工作，生活，提供更便利的设施需要从单片机技术开始，向着数字控制系统，智能控制方向不断地发展。 目前，我们在科技迅速发展的现在社会中不断成长，信息技术已经不知不觉的渗透到我们生活的各个方面。为了确保这些科技产品的安全，减少其对我们生命 和 财产 造成 损失 ，我们首先需要控制它们的温度，确保它们在正常的温度之间正常运行，因 研究兼备经济实用为一体的温度 报警装置 具有重要的 意义 。 第二节 温度报警器系统的发展概况 在现代社会中，由于工业过程控制系统的不断发
14、展，特别 是计算机领域中微电子技术 以及自动控制理论和设计方法的快速发展，相对 中国 而言，国外一些发达国家在温度监控系统研究中已经 成功取得了超前的成绩 ，具体的表现其 自适应、智能化、参数自整定 的特点 。 以德国、日本、美国等发达国家为例， 在上个世纪，他们已经成功 生产出了一批商业化的、性能优异的温度监控器以及仪表设备，并且 已经投入市场， 在工业 、家庭等领域得 到 了广泛的应用，而中国才处于研究的天津科技大学 2014 届本科生毕业设计 2 初级阶段， 相对于国 内的温度监控系统， 国外的温度监控系统具有以下的 特点。 1） 鲁棒性好、高精度 控 制、抗干扰能力强是温度监控系统一大
15、亮点 。目前，相对国内而言，人性化 、 微型化 、高精度的 温度监控系统以及仪表设备是国外发达国家正在快速发展的趋势。 2） 拥有 自动校正控制、自适应控制、人工智能 、模 糊控制等 先进 功能，采用了先进的 计算机 理论 以及计算机技术 。由于 先进的 数学算法，使得温度监控系统更加适用性更加广泛。 3） 通过先进的受控系统数学模型来建立温度监控 报警系统， 能够 很好的 适应于 各种 大 滞后 、大 惯性 等复杂温度监控系统 。能够 很好的适应于复杂的监控系统，对于参数不断变化的温度监控系统得到良好的控制 。 4） 拥有 参数自整定 的功效，凭借着先进的计算机软件程序 ， 对温度监控器的参
16、数及特性等进行全面的控制 【 7】 。实现其自整定的功能。 同时， 该温度监控系统拥有智能的功能，如像人类一样，拥有 自 主学习的能力，它可以凭借自己以往的经验，根据其 控制对象的变化情况 的需要 ，自动监控周围环境温度， 人性化的调整合适的监控参数，来达到 最精确化 、最佳 的控制效果。 虽然温度监控系统在国内各行各业也有 着 广泛的应用 和发展前景 ，但是相对于一些发达国家的产品， 国内研发技术的薄弱性，目前 国内的温度监控器总体水平仍然不高，在技术上仍有较大的差距 。现阶段我 国 过的总体水平技术 相对国外一些发达国家仍然比较落后，目前处于上世纪 80 年代的水平。目前，常规的 PID控
17、制器 以 及 “点位”控制器 是工业界公认的先进、成熟的产品 ，功能方面只能适应一般温度系统的监控，但是很难监控复杂、时变、滞后的温度系统。 由于国内技术的局限性， 对于 国内场合需求较高的场所，都离不开智能化和先进的自适应控制仪表设备 ， 国内只能是无能为力，只能需要通过国外贸易来满足国内的需求。 对于处于社会主义初级阶段的我们来说，国内的 温度监控系统相比国外 发达国家的产品的差距大致体现在如下方面 【 11】 ： 1) 国内市面上的产品主要是基于 PID 的控制器，智能化的设备无论是在家庭还是在工业都是十分少见 ，同国外 发达国家有着天壤之别 。目前，国内企业主要依靠进口温度控制仪表设备
18、来满足公司 的正常运行。 2) 国内生产企业规模少，并且企业坐落位置较不集中 ，造成技术力量不团结 ， 引发 研发力量 薄弱，研发能力不强，制约着工业的发展。 3) 国内在仪表的控制技术、软件的设计、先进的数学 算法等方面的研究 相对 国外 发达国家依然比较落后 。 对于先进的自整定功能，目前国外发达国家已经成功研制出许多智能化的产品，但是由于 国外技术的保密 性，在加上国内开发工作技术的 落后，没能成功研发 出 一款 性 能可 靠 稳定 的天津科技大学 2014 届本科生毕业设计 3 自设定软件， 对于 控制参数 的研究 只能来自具有经验的工人，通过人工不断实验摸索，不断调试来获得。 第三节
19、 课题概述与论文结构 本 毕业设计 是基于单片机的温度报警器，主要选取 51单片机 作 为 数据的处理器部分 ， 选取一总线的 DS18B20作为 数字式 温度传感器， 用 16x2的 LCD1602液晶显示器 作为改款设计的显示模块，用来清晰的 显示数字式 DS18B20芯片所 测量的数据 。越温报警电路实现温度报警。 整个报警系统主要 由五大部分组成。 对于该款报警器的功能大致表现在以下过程： 首先用户 可以根据自己的实际需要 通过 初始值调节按钮 实现对温度报警器 报警值的上限或者下限进行设定调整，温度的调整范围是在 125 -55之间 。通过 1-wire DS18B20 数字式 温度
20、传感器实现对 目标温度的检测 与采集，并将采集的数据 转换为相映的脉冲信息，将脉冲信息通过单总线 DQ 传入 单片机 微型处理器。处理器 对输入 的脉冲 信号进行相应的加工处理，将实时的温度 值清晰的 显示在 LCD1602 液晶显示器 供用户观看 。当 实时的 温度超过 用户提前设定的报警值 界限时， 根据单片机正在处理的软件，直接跳转到报警子程序，打开报警驱动电路，通过扬声器发出警报，实现温度报警的报警功能。 当温度接近设定的温度报警值时，黄色 LED 指示灯将会闪烁提醒用户注意。若实时的温度在正常的范围之内，绿色指示灯将会常亮，表示设备运行一切正常。 一、 课题的研究意义 在现代工业生产
21、过程中， 温度对于生产来说是最 主要 的参数， 它是 一个 关乎产品质量和产品效率的物理量 ， 在工程研究与各个领域也是极其重要 ，必须精确测量和不可忽略的物理量。 自古以来，无论是 工业 的炉温、自然环境的气温，还是 人体温度；从航天学、航海学到农业学，每个技术领域都离不开温度检测与控制 。 工业生产中，当温度测量不准确，很可能导致产品的失败， 阻碍工业的发展，在家庭生活发面，但温度监控不准确，很可能导致家庭电器的正常运行，不能达到预想的工作效果，在设备比较密集的核心地带，如果温度控制不精确，很有可能导致火灾的发生。 因此 ， 温度报警器的研究对我们人类生活 具有重要的意义。 二、 本课题的
22、各项要求 天津科技大学 2014 届本科生毕业设计 4 1.硬件要求 设计合理可靠的电子电路，研究出性能可靠、稳定，使用方便、体积小、易包装的硬件控制系统，并且打包成产品，并且能够方便对硬件各个部件进行测试与维护。 对于硬件元件需要显示元件、温度采集元件、数据处理元件、 LED 指示灯和报警元件。 2.软件要求 程序设计简单，延时时间小，交互性好，功能齐全， 用户能够实现调节温度 上限 值 或下限 值 ，并且 能够将设置的报警值清晰的反映 在液晶显示屏 LCD1602界面上，同时 能够通过 1-wire DS18B20 数字式 芯片 实现读取当前 目标实际的 温度值，并且 能够清晰的 显示在
23、LCD1602 界面上，如果采集的实际 温度 超越用户提前 设定的温度报警值 时， 通过 调用报警子程序， 实现温度报警。 天津科技大学 2014 届本科生毕业设计 5 第二章 元件介绍与选用 第一节 温度测量的分类 温度是我们现实 日常 生活中最常见的物理量， 主要 用来 合适的参数来反应物体冷热程度，通常根据温度不同的特性，可以将其分为不同的类型 。 1. 根据温度的高低分类 根据 目标实际 温度 的 高低 我们大致 可以 将其化分为高温、中温 和低温测量。 (1)高温测量：在现代工业 生产领域 中，热电偶传感器 无疑 是 目前应用最广 的热电式 温度 传感器，具有 生产简单、构造简单、热
24、惯性小、精确度高、温度识别 范围广、 易 于远距离传输 信号 等优点，在现代化工业生产中占据着极其重要的地位。 (2)中温测量：集成温度传感器主要是用来现实生活中中温的测量，尤其主 要适用于室温环境。其突出的特点是测量精度高、成本低、感应速度灵敏、功能简单 、 远距离 传输 、体积 小、 低 功耗。主要 广泛的 适用于 较 远距离 温度的检测与控制，完全摆脱复杂的 非线性校准 ， 是国内目前最普遍的 集成温度传感器。其具有 典型 代表性的 产品 型号 有 AD592、 AD590 和 LM135 等。 (3)低温测量 :热电阻传感器是低温测量最主要的测量工具，它主要是利用电 阻随温度变化 而不
25、断变换的特性制作而成的，根据它的性质我们可以将其分为 半导体热电阻和金属热电阻两种， 对于前者我们叫做 热敏电阻， 而 后者 叫做 热电阻。电阻传感器主要应用于 温度很低的场合 ，一般常用于 -200 至 500 之间 ， 由于热电阻传感器 的不断发展 与改善 ，目前低温测量已经成功应用于 1K-3K的 极低温度 。 目前 对于 电阻温度传感器有以下 特点 :测量温度精度高， 测量范围广， 对于非温度测量不敏感；线性度好，易于自动测量；测量范围更加广泛，灵敏度高。 2. 按照传感器的使用方式分类 根据其使用方式可以分为非直接触式测量法和直接触式测量法。前者具有 保持被测介质周围环境温度 ，可 用于测量位置不断移动变化的 温度， 其具有较快响应速度，一般在 2-3S 之间， 对于 1000 以上的温度 测量较为精准， 而 对于 1000以下 的物体， 表现比较迟钝， 测量温差较大 ，准确度不够 。而直接触式测量能够灵活 方便 的 测量 物体的每个位置的温度，方便自动控制和 多点集中测量 ，针对不断 移动的物体和热容量 微 小的物体有 很大的 困难， 因为其 通常响应速度较慢，一般反应时间在 1-3min之间， 根据这一特性， 直接触折测量 主要应用 在 测量 1000以下的温度 ，对于 1200 以上 较高 的温度 ，测量精度不够，性能表现则 无能为
