1、XXXXXXXXXXXX本科生毕业论文温差警报器设计院系名称信息科学与工程系姓名XXX学号201001030162专业电子信息工程指导教师XX讲师2014年05月8日I摘要近年来，温差这个词在人们的日常生活中出现的越来越频繁，可见其重要性也是越来越高。医学专家强调室内外温差不可高于7。可是，人们平时无法依靠自己的感觉而准确的判别温差大小，因此，一个可以准确方便的帮助人们判别温差大小的产品的研究已经成为了一个重要的课题。对此，本论文设计了一种能够及时的反馈出室内外温度情况并发出温差过大警报信号的装置。该装置采用STC89C52单片机作为控制器，两个DS18B20温度传感器作为温度数据采集系统，L
2、CD1602作为显示系统，LED灯作为警报提示系统，能够实现数据采集，数据处理，数值显示，报警等功能。该装置具有简单、方便、精确、实用、成本较低等特点。本论文从组成框图、硬件设计以及程序流程及代码等几方面对该装置进行了介绍。关键词温差；单片机；传感器IIABSTRACTINRECENTYEARS,THETEMPERATUREDIFFERENCEBETWEENTHEWORDAPPEARINGINPEOPLESDAILYLIVESMOREANDMOREFREQUENTLY,ANDITSIMPORTANCEISALSOINCREASINGMEDICALEXPERTSEMPHASIZEINDOORAN
3、DOUTDOORTEMPERATUREDOESNOTEXCEED7HOWEVER,PEOPLEUSUALLYCANNOTRELYONTHEIRFEELINGSANDACCURATELYDETERMINETHESIZEOFTHETEMPERATUREDIFFERENCE,THEREFORE,ANACCURATEANDCONVENIENTTOHELPPEOPLEDETERMINETHETEMPERATUREDIFFERENCEBETWEENTHESIZEOFTHEPRODUCTSRESEARCHHASBECOMEANIMPORTANTISSUEINTHISREGARD,THISPAPERDESIG
4、NSATIMELYFEEDBACKONTHESITUATIONANDTHETEMPERATUREDIFFERENCEBETWEENTHEINDOORANDOUTDOORTEMPERATUREISTOOLARGEDEVICEEMITSANALARMSIGNALTHEDEVICEUSESSTC89C52MICROCONTROLLERASCONTROLLER,TWODS18B20TEMPERATURESENSORFORTEMPERATUREDATAACQUISITIONSYSTEM,LCD1602ASADISPLAYSYSTEM,LEDLIGHTSASANALARMREMINDERSYSTEM,TO
5、ACHIEVEDATAACQUISITION,DATAPROCESSING,NUMERICALDISPLAYANDALARMFUNCTIONSTHEDEVICEHASASIMPLE,CONVENIENT,ACCURATE,PRACTICAL,LOWCOSTANDSOONINTHISPAPER,FROMTHEBLOCKDIAGRAM,HARDWAREDESIGNANDPROGRAMCODEANDOTHERASPECTSOFTHEPROCESSANDTHEDEVICESWEREINTRODUCEDKEYWORDSTEMPERATUREDIFFERENCESINGLECHIPMICROCOMPUTE
6、RSENSORIII目录摘要I1引言111研究的背景和意义112研究本课题所涉及的文献综述113研究本课题的主要内容和方法1131研究的主要内容1132研究方法22方案总体设计321设计方案的选择3211控制器模块3212电源模块3213温度采集模块3214显示模块4215警报模块43硬件实现及单元电路设计531微控制器模块的设计532电源电路的设计533DS18B20温度传感器温度采集模块的设计634LCD1602显示模块电路的设计735警报模块电路的设计736复位电路的设计837电路总图94软件设计1041程序流程图1042关键模块程序及其代码11421DS18B20温度采集模块程序114
7、22LCD1602显示模块程序13423LED灯警报模块程序1643源代码1644软件仿真时序图235设计报告总结25参考文献26致谢2711引言11研究的背景和意义随着全球气候的变化和经济以及科技的快速发展，空调已经成为了人们日常生活中重要的一部分，它给人们带来了舒适环境的同时也带来了诱发人体常见疾病的条件过大的温差。近年来，温差这个词在人们的日常生活中出现的越来越频繁，可见其重要性也是越来越高。在炎热的夏季以及寒冷的冬季，我们经常会从媒体上看到各种因空调照成的温差过大而导致的感冒发烧、头痛咳嗽以及高血压等疾病。为此，很多医学专家都提醒人们不要太过贪凉（贪暖），应保持温差在5左右，不要超出7
8、。可是，我们平时并不能依靠自己的感觉而准确的判别温差大小。针对这种情况，我提出了关于温差警报器的设计制作。使人们可以通过这种产品准确方便的判别温差大小，从而预防温差过大对自身的危害。12研究本课题所涉及的文献综述温度是人类生存环境的必要条件之一。温差则是在不同时间或者不同地点之间温度的差异。医学专家表明，当人体处于温差过大的环境中时会造成血压不稳定和免疫力下降，容易引起高血压、流行性感冒等相关疾病。随着全球气候的变化，经济以及科技的快速发展，空调和暖气已经在人们日常生活中普及开来。然而，因为人们太过贪凉（贪暖）而造成室内外温差过大的问题也越来越严重。所以，人们怎样及时对温差准确方便的判断在目前
9、成为了研究的必要。要及时准确的判断温差，就要先及时准确的判断温度，想要及时准确的判断温度，就要能够及时准确的测量温度。目前，温度测量的方法已达数十种之多。根据温度测量所依据的物理定律和所选择作为温度标志的物理量，测量方法可以归纳成下列几类膨胀测温法，压力测温法，电学测温法，磁学测温法，声学测温法，频率测温法，辐射测温法。考虑到家用型的成本及测量精度，本次设计采用的是电学测温法。由单片机来处理数字温度传感器的数据并控制显示系统进行显示和警报系统发出警报。13研究本课题的主要内容和方法131研究的主要内容本文要求设计具有自动检测温度，显示温度，以及发出警报的功能，即显示室内外温度及温差过大时警报灯
10、亮起。首先要进行系统的总体方案设计，在总体方案设计中一般应考虑以下三点21、遵循从整体到局部的设计原则。设计时，先考虑整体设计，由整体分为多个局部模块。即把复杂的问题分解为多个简单的问题，分部去解决。2、可靠性的要求。所谓可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内实现规定功能的能力。可靠性除了用完成功能的概率表示外，还需要考虑平均无故障时间、故障率、失效率及平均寿命。3、方便适用和经济性的要求。在设计方案的过程中，要考虑此方案实际的操作是可实现，简单，元件尽量少，走线简单方便以及经济合算。132研究方法根据课题要求，本系统主要由控制器模块、复位模块、电源模块、温度采集模块、显示模块及警报模块等
11、构成。本系统的方框图如下图所示图11系统方框图控制器模块电源模块温度采集模块复位模块警报模块显示模块32方案总体设计21设计方案的选择为较好的实现各模块的功能，我分别设计了几种方案并分别进行了选择。211控制器模块方案1采用STC公司的STC89C52RC单片机作为主控制器。STC89C52RC是一个低功耗，高性能的51系列内核的CMOS8位单片机，片内含8K空间的可反复擦些1000次的FLASH只读存储器，具有256BYTES的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口，2个16位可编程定时计数器。且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。方案2采用可编
12、程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、I/O资源丰富、体积小、稳定性高、规模大、密度高。一般作为大规模控制系统的控制核心。本系统是一个小规模的控制系统，主要是进行温度传感器DS18B20的数据收集处理以及警报LED的控制，对数据的处理速度的要求不是非常高，不需要相对复杂的逻辑判断，且从系统的稳定性，编程的简洁性，方便适用及经济成本的角度考虑我选择了方案1。212电源模块由于本系统需要58V直流电源供电，我考虑了如下3种方案为系统供电方案1采用4节干电池为系统供电，经过稳压管7805的电压变换后为单片机和传感器供电。方案2采用2节37V可充电式锂电池串联为系统供电，经
13、过稳压管7805的电压变换后为单片机和传感器供电。方案3采用7V直流充电器为系统供电，经过稳压管7805的电压变换后为单片机和传感器供电。经过对比，3种方案都能够满足系统的要求。但是，方案1太过麻烦，而且使用过程中比较浪费，还不环保；方案2相对经济划算，但使用过程中需要经常更换电池充电，比较麻烦；方案3不但经济划算，使用方便，而且环保安全。综上考虑，我选择了方案3。213温度采集模块本设计采用体积小、经济、灵活、测量温度范围在1085范围内精度为05的热电偶式电子数字温度传感器DS18B20。对其我考虑了以下几种供电方案4方案1寄生电源供电方式。无须本地电源，可以在没有常规电源的条件下读取RO
14、M。电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。但只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适于采用电池供电系统中。方案2寄生电源强上拉供电方式。在强上拉供电方式下可以解决电流供应不足的问题，因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根I/O口线进行强上拉切换。方案3外部电源供电方式。DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，不存在电源电流不足的问题，即使电源电压VCC降到3V时，依然能够保证温度量精度。（注意在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。传诚科技DS18B20中
15、文资料，2008）。经过对比，外部电源供电方式是DS18B20温度传感器最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。因此我选择了方案3。214显示模块由于本设计有实现显示温度数值的功能，所以选择一个合适的显示模块设计方案对系统来说非常重要。常用的显示模式有LCD液晶显示、LED数码管显示、点阵显示。对于显示模块我考虑了以下2种方案方案1LCD液晶显示屏具有轻薄短小，低耗电量，几乎没有辐射危险，平面直角显示以及形象稳定不闪烁等优势，大面积显示，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，其缺点便是成本偏高。方案2LED数码管（LEDSEGM
16、ENTDISPLAYS）是由七段发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，使用时只需引出它们的各个笔划，公共电极。控制简单，但硬件电路接线所需的I/O较多且本体体积较大。考虑到该设计的产品在实际使用时大小要适合安装、美观以及抗干扰的能力，我选择了方案1。215警报模块对于本系统的警报模块我考虑了以下2种方案方案1采用蜂鸣器发出有声警报。方案2采用LED发出无声警报。考虑到采用有声警报可能会对人们的日常生活产生一些不必要的困扰（如夜晚休息时突然发出警报影响休息等），故此我选择了方案2。53硬件实现及单元电路设计31微控制器模块的设计S
17、TC公司的STC89C52是51内核的单片机。不用专用烧写器而只需要串口或者并口就可以往单片机中下载程序。采用的晶振为11052HZ。图31STC889C52RC接线电路32电源电路的设计由于本次为了使单片机和传感器等工作稳定、互不影响，故采用7V直流充电器经过稳压芯片7805转换后的电压作为单片机和传感器供电。其转换电路如下6图32电源电路33DS18B20温度传感器温度采集模块的设计采用外部供电方式。图33DS18B20接线电路734LCD1602显示模块电路的设计采用10的变阻器调节其对比度。图34LCD1602接线电路35警报模块电路的设计二极管正向工作电流为2MA10MA，正向饱和压
18、降为16V21V，计算其搭配的电阻阻值R5V2V/10MA300。8图35警报灯LED接线电路36复位电路的设计计算电容值CC43RST1/VRRVC）（6F。图36复位电路937电路总图图37电路总图104软件设计41程序流程图设计的软件的程序流程图如下图所示图41程序流程图系统初始化LCD1602显示读取到的温度值读取室内DS18B20测得的温度数值读取室外DS18B20测得的温度数值LCD1602显示读取到的温度值计算两个数值的差值差值是否大于7警报灯LED亮起YYYNNN1142关键模块程序及其代码421DS18B20温度采集模块程序/DS1820程序/VOIDDELAY_18B20U
19、INTI/延时1微秒WHILEIVOIDDS1820RST/DS1820复位/UCHARX0DQ1/DQ复位DELAY_18B204/延时DQ0/DQ拉低DELAY_18B20100/精确延时大于480USDQ1/拉高DELAY_18B2040UCHARDS1820RD/读数据/UCHARI0UCHARDAT0FORI0I1DQ1/给脉冲信号IFDQDAT|0X80DELAY_18B2010RETURNDATVOIDDS1820WRUCHARDAT/写数据/UCHARI0FORI0I112VOIDB20_MATCHROMUCHARA/匹配ROMCHARJDS1820WR0X55/发送匹配ROM
20、命令IFA1FORJ0J7|BA7LED0/点亮LEDELSELED1/熄灭LED43源代码INCLUDEINCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSBITLEDP06SBITRSP01SBITRWP02SBITENP03SBITDQP04UCHARCODESTR10X28,0X08,0XA7,0XBA,0X02,0X00,0X00,0X18/ROM1UCHARCODESTR20X28,0X0C,0XBA,0XBA,0X02,0X00,0X00,0X54/ROM2UCHARCODETABLE80X0C,0X12,0X12,0X0C,0
21、X00,0X00,0X00,0X00/摄氏温度符号UCHARDATADISDATA5UINTTVALUE/温度值17UCHARTFLAG/温度正负标志/LCD1602程序/VOIDDELAY1MSUINTMS/延时1毫秒（不够精确的）UINTI,JFORI0I1DQ1/给脉冲信号IFDQDAT|0X80DELAY_18B2010RETURNDATVOIDDS1820WRUCHARDAT/写数据/UCHARI0FORI0I1VOIDB20_MATCHROMUCHARA/匹配ROMCHARJDS1820WR0X55/发送匹配ROM命令IFA1FORJ0J7|BA7LED0/点亮LEDELSELED
22、1/熄灭LED/主程序/VOIDMAINLCD_INIT/初始化显示WHILE1READ_TEMP1/读取温度DS1820DISP1/显示READ_TEMP2/读取温度DS1820DISP2/显示/DELAY1MS10000LD/警报；2344软件仿真时序图图42软件仿真时序图图43软件仿真时序图24图44软件仿真时序图255设计报告总结通过此次论文设计，使我对电子电路以及C语言的编程有了更深一步的理解。让我对单片机、PROTELDXP2004、传感器、电子电路基础、C语言编程等课程有深度进行再次学习，增强了自己运用理论知识的能力，同时使自己逐渐学会并掌握了有关电路设计的思想以及软件编程的正确
23、思路，增强了对软件的调试能力在某种程度上也加深了自己对硬件和软件结合的应用能力。随着电子技术的快速发展，新型电子器件和集成芯片应用越来越广泛，电子系统所带来的功能也越来越强大，让自己成为一名合格的、有万方特色的电子信息工程专业的学生。此次家用温差警报器的论文设计对我来说非常有意义，也非常重要。好的开头是成功的第一步，只有经历风雨，才能感受到彩虹的美好，只有经历过，才会懂得过程的重要性。26参考文献1张俊谟单片机的发展与应用J北京电子制作,20072何立民单片机应用系统设计北京航空航天出版社，20063郁有文传感器原理及工程应用M西安西安电子科技大学出版，20084胡汉才单片机原理及其接口技术M
24、北京清华大学出版社,20045聂清模拟电路设计M北京高等教育出版社，20076张金铎传感器及其应用西安西安电子科技大学出版社，20027黄继昌徐巧鱼传感器工作原理及应用实例江苏人民邮电出版社，20028陈永甫红外线探测与控制电路北京人民邮电出版社,20049李全利单片机原理与接口技术M2版北京高等教育出版社，200910薛楠PROTELDXP2004原理图与PCB设计使用教程M北京机械工业出版社，201211沈红卫单片机应用实例与分析北京航空航天大学出版社200312RUDYEMCGLOTHLIN全面了解数字温度传感器规范J/OLHTTP/WWWEECHINACOM/THREAD473311H
25、TML27致谢我能够将这次课程设计的圆满顺利的完成，首先要感谢在此过程中辛苦付出的指导老师XX，是他细心而且耐心的指导了我，教会了我许多关于STC89C52RC、LCD1602、DS18B20的细节知识，并在设计过程中所遇到的各种难题和疑惑点都给出了非常有针对性的意见，本次设计能够有较好的主体框架也得益于XX老师的指导，XX指导老师渊博的知识、严谨的治学态度、崇高的敬业精神与为人师表的风范，使我受益匪浅，在此，谨向XX指导老师表示我最衷心的感谢。同时，在我的论文设计过程中,得到了学校众多老师和同学的热情的帮助及详细的讲解。此外，在实际程序的编写的过程之中得到了别人的认可，在遇到许多的不解困难的时候，自己班里的电子制作的爱好者也给我提供的最详细的解答，没有以上的每一个人的帮助，我的论文设计很难顺利的完成，在此，我对于在我的论文设计制作过程中给予我帮助的每一个人一并表示感谢。
