基于51单片机数字温度计设计报告.doc

常州大学电子设计大赛
产品名称
数字温度计设计
专业组
自动化
参赛队员信息

自动化141

自动化141

作
品
简
介

数字温度计基本功能：
1、 能数字显示被测温度，测量温度范围0℃~100℃；
2、 分辨率不低于0.5℃
3、 带有计时和时间显示功能；
4、 至少有高、低两路限温控制输出接口控制外部电路，实际制作时可以发光二极管模拟显示其控制状态输出；
5、 高、低两路限温控制点可在0℃~100℃范围内任意独立设置；
6、 当温度达到高、低限温控制点发出声光报警。
扩展部分
1、提高温度测量精度，使分辨率不低于0.1℃；
2、自动顺时测量（测量间隔时间可调）并保存温度值和测量时间；
3、可以查询、回显存储器中自动测量的温度值和测量时刻；
4、多路温度巡检（至少两路）和多路温度、时间保存。

设
计
方
案

数字温度计框图

系统方案
一 单片机的选择：
方案1：采用传统的STC89C52RC作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。
方案2：采用STM32F103ZET6微控制器（ARM cortexM3内核），还带有非易失性512k Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的32位CMOS微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：512KB Flash ROM，72M的主频，片内集成AD、DA， 以及具有DMA、SPI总线。
方案3：采用MSP430单片机，MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
由于本系统对CPU运算速度要求不高，不需要执行很复杂的运算，加上成本上和队员各自的技术特点考虑，综合起来选STC89C52RC较适合本系统的要求。

二 温度时间显示模块：
方案1：使用液晶显示屏显示时间温度数字。 液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，但是液晶显示屏使用的温度范围很窄，正常工作温度范围为0℃~+55℃，存储温度范围-20℃~60℃。
方案2：使用传统的LED数码管显示。 数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。但显示效果很差。
方案3：使用彩屏（TFT）显示时间温度数字，彩屏显示屏幕较大，所需代码冗长，处理不方便。
根据以上论述，系统只需要显示时间和温度值，故采用传统的LED数码管显示。

三 键盘模块：
方案1：使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。
方案2：使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。
由于考虑到本系统所需的按键的不多，并且为了简化程序，选择独立式按键。
硬件原理
主控制器STC89C52RC
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟、机器周期和6时钟、机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
● 增强型8051单片机，6时钟、机器周期和12时钟、机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051单片机。
● 工作电压：5.5V~3.3V
● 工作频率范围：0~44MHz。
● 用户应用程序空间为8K字节
● 片上集成512字节RAM
● 通用I/O口32个，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上位，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
● ISP(在系统可编程)/IAP（再应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1 ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
● 具有EEPROM功能
● 具有看门狗功能
● 共3个16位定时器/计数器。及定时器T0、T1、T2
● 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
● 通用异步串行口（UART）,还可用定时器实现多个UART
● 工作温度范围:-40℃~+85℃（工业级）/0℃~75℃（商业级）
● PDIP封装

主控制器STC89C52RC电路图

温度探测单元：
系统采用DALLAS公司的DS18B20，DS18B20适应电压范围广，温度范围-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃时精度为±0.5℃，测量精度高。

DS18B20温度传感器接线图

外部时钟电路：
系统采用DS1302时钟芯片，DS1302是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电功能的低功耗实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小；数字显示是采用的液晶显示屏来显示，可以同时显示年、月、日、星期、时、分、秒和温度等信息。此外，该电子时钟还具有时间校准等功能。
DS1302的性能特性:
● 实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行比较；
● 用于高速数据暂存的31*8位RAM；
● 最少引脚的串行I/O；
● 2.5～5.5V电压工作范围；
● 2.5V时耗小于300nA；
● 用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；
● 简单的三线接口。

外部DS1302时钟电路接线图

外部存储电路：
系统兼有时间温度显示功能，对工作数据要进行掉电保护，并需要再硬件上增加掉电检测电路，但存在电池不可靠及拓展存储芯片占用单片机过多口线的缺点。采用具有I2C总线接口的串行EEPROM器件可很好的解决掉电数据保护问题。系统采用AT24C01数据存储芯片。
AT24C01性能特征：
1、与400KHz I2C 总线兼容； 　　
2、1.8 到6.0 伏工作电压范围； 　　
3、低功耗CMOS 技术； 　　
4、写保护功能当WP 为高电平时进入写保护状态； 　　
5、页写缓冲器； 　　
6、自定时擦写周期； 　　
7、1,000,000 编程/擦除周期； 　　
8、可保存数据100 年； 　
9、8 脚DIP SOIC 或TSSOP 封装； 　　

外部AT24C01存储电路接线图

显示电路
设计主要使用数码管功能实现，显示部分硬件用8只数码管为显示管。前四个显示温度，后四个显示温度。这些数码管的共阴相连在一起通过在数码管的阳极加+5V电压或0V电压数码管形成不同的数字。
数码管性能特征：
1、 低功耗CMOS 技术；
2、 a~p数码管段选；
3、 A~D数码管位选；
4、 低功耗CMOS 技术；

数码管接线图

声光报警电路接线图：

按键功能：
A：温度，高温报警，低温报警切换。
B：报警值加一；
C：报警值减一；
D：返回到当前温度；
E：时分之间切换；
F：时分加一；
G：时分减一；

系统软件设计
数字温度计的测量温度程序主要包括5个方面的内容：一是单片机从DS1302中读取数据进行计数，二是利用按键进行时间温度上下限的调整，三是单片机中读取DS1302，EEPROM中的和DS18B20采集的数据在数码管上显示时间温度。

时间调整程序流程图

温度超出报警程序流图

开始

控制键有效，进入温度上下限设置

报警
温度上限设置
温度超出

温度正常

温度下限设置

温度正常

温度超出

报警

作
品
完
成
情
况
数字温度温度计整个系统已全部完成，具有LCD时间显示，高精度温度测量，超出温度警戒线声光报警，数据掉电保护等功能。
在整个系统的设计中，肖磊同学负责系统总体设计和程序编写，蒋金林同学负责焊接，报告编写。

参
赛
感
想
1.团队合作精神。
队员们对各自任务的分配以及对时间的总体把握时很重要的。因为，在比赛过程中，任何一点时间都是十分宝贵的。但切记，不可完全将某一项任务都交给队友。比如，要设计电路图，引脚的应用及分配应该与程序编写者细细商量。以免发生冲突，徒费时间。
2.对仪器仪表的熟练操作能力。
在比赛过程中去熟悉某一件仪器实在是很浪费时间，很可耻的事情。
3.对发给的项目，不要急于动手，要先和队友仔细研究一个小时，切记，磨刀不误砍柴工！
4.对时间要有整体把握，一个小部分至多要多少时间要有明确指定，能舍弃的功能部分则舍弃。
5.最后测试时要小心，不可粗心大意。

目 录
第一章 总 论 1
1.1项目概况 1
1.2研究依据及范围 3
1.3主要技术经济指标 4
1.4研究结论及建议 4
第二章 项目建设的背景和必要性 6
2.1项目建设的背景 6
2.2项目建设的必要性 8
第三章 项目服务需求分析 11
第四章 项目选址与建设条件 13
4.1选址原则 13
4.2项目选址 13
4.3建设条件 14
4.4项目建设优势条件分析 15
第五章 建设方案 18
5.1建设规模与内容 18
5.2总体规划设计 19
5.3建筑方案 24
5.4结构方案 26
5.5给水工程 27
5.6排水工程 29
5.7电气设计 31
5.8暖通设计 34
5.9项目实施进度 35
第六章 节能措施 37
6.1 设计依据 37
6.2节能措施 37
第七章 环境影响分析 39
7.1 环境影响分析 39
7.2 环境保护措施及治理效果 40
第八章 消防与安全卫生 42
8.1 消防 42
8.2  劳动安全 43
8.3  卫生防护 44
第九章 组织机构与运作方式 45
9.1  组织机构 45
9.2组织管理 46
9.3劳动定员 46
第十章 投资估算 47
10.1编制依据 47
10.2  投资估算 47
10.3资金筹措 48
第十一章  经济效益评价 49
11.1 成本核算 49
11.2 利润估算 51
11.3经济风险分析 52
11.4财务评价结论 54
第十二章 结 论 55