温度报警器传感器优秀课程设计优质报告.docx

摘 要
伴随时代进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一个比较成熟技术, 本文关键介绍了一个基于 89S51 单片机测温系统，具体描述了利用数字温度 传 感 器 DS18B20 开发测温系统过程，关键对传感器在单片机下硬件连接，软件编程和各模块系统步骤进行了详尽分析，尤其是数字温度传感器 DS18B20 数据采集过程。对各部分电路也一一进行了介绍,该系统能够方便实现实现温度采集和显示，并可依据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，含有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中温度测量，也能够看成温度处理模块嵌入其它系统中，作为其它主系统辅助扩展。
DS18B20 和AT89C51 结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛应用前景。
关键词： 单片机 报警系统
DS18B20 温度传感器 数字温度计 AT89S52

目 录
1、概述..................................................................................................1
1.1 课程设计意义 .......................................................................1
1.2 设计任务和要求 ...................................................................1
2、系统总体方案及硬件设计 ............................................................2
2.1 数字温度计设计方案论证 .......................................................2
2.1.1 方案一..............................................................................2
2.1.2 方案二..............................................................................2
2.2 系统总体设计.............................................................................3
2.3 系统模块.....................................................................................4
2.3.1 主控制器..........................................................................4
2.3.2 显示电路..........................................................................5
2.3.3 温度传感器......................................................................5
2.3.4 报警温度调整按键..........................................................6
3、系统软件算法分析 ........................................................................7
3.1 主程序步骤图.............................................................................7
3.2 读出温度子程序.........................................................................7
3.3 温度转换命令子程序.................................................................8
3.4 计算温度子程序 .......................................................................8
3.5 显示数据刷新子程序.................................................................8
3.6 按键扫描处理子程序.................................................................9
4、试验仿真.........................................................................................10
5、总结和体会.....................................................................................11
查考文件 .............................................................................................12
附 1 源程序代码 .............................................................................13
2 实物图.......................................................................................20

1 概述
1.1 课程设计意义
此次课程设计是对于我们所学传感器原理知识所进行一次实际利用，经过自主课程设计和实际操作，可增加我们本身动手能力。尤其是对温度传感这方面知识有了实质性了解，对深入学习传感器课程起到很大作用。本课程设计经过查阅相关资料，在老师和同学帮助下完成，在锻炼了自我同时也增强了自己团体意识和团体协作精神。
1.2 设计任务和要求
1、基础范围-50℃-110℃
2、精度误差小于 0.5℃
3、LED 数码直读显示
4、能够任意设定温度上下限报警功效

2 系统总体方案及硬件设计
2.1 数字温度计设计方案论证
2.1.1 方案一2.1.1
因为本设计是测温电路，能够使用热敏电阻之类器件利用其感温效应，在将随被测温度改变电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就能够用单片机进行数据处理，在显示电路上，就能够将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，其中还包含到电阻和温度对应值计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集信号进行放大时轻易受温度影响出现较大偏差。
2.1.2 方案二
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多全部是使用传感器，所以这是很轻易想到，所以能够采取一只温度传感器 DS18B20，此传感器，能够很轻易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件全部以实现，而且使用单片机接口便于系统再扩展，满足设计要求。
从以上两种方案，很轻易看出，采取方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采取了方案二。

2.2 系统总体设计
温度计电路设计总体设计方框图图 1 所表示，控制器采取单片机AT89S51，温度传感器采取 DS18B20，用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。
LED 显示
单片机复位
蜂鸣器，指示灯
AT89S51
报警温度调整键
DS18B20
时钟振荡
温度传感器
图 2.2—1
总体设计方框图
图 2.2—2 系统仿真图

2.3 系统模块
系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。
2.3.1 主控制器2.3.1
单片机 AT89S51 含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设计需要，很适合便携手持式产品设计使用系统可用二节电池供电。晶振采取 12MHZ。复位电路采取上电加按钮复位。

图 2.3.1—1 晶振电路
图 2.3.1—2 复位电路

2.3.2 显示电路2.3.2
显示电路采取 4 位共阴极 LED 数码管，P0 口由上拉电阻提升驱动能力，作为段码输出并作为数码管驱动。P2 口低四位作为数码管位选端。采取动态扫描方法显示。

图 2.3.2 数码管显示电路
2.3.3 温度传感器2.3.3
DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体企业最新推出一个改善型智能温度传感器，和传统热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，而且可依据实际要求经过简单编程实现９～１２位数字值读数方法。DS18B20 性能特点以下：
1、独特单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2、多个 DS18B20 能够并联在惟一三线上，实现多点组网功效；3、无须外部器件；4、可经过数据线供电，电压范围为 3.0~5.5Ｖ；5、零待机功耗；6、温度以９或１２位数字；
7、用户可定义报警设置；8、报警搜索命令识别并标志超出程序限定温度（温度报警条件）器件；9、负电压特征，电源极性接反时，温度计不会因发烧而烧毁，但不能正常工作；DS18B20 能够采取两种方法供电，一个是采取电源供电方法，此时 DS18B20 1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一个是寄生电源供电方法，图 4 所表示单片机端口接单线总线，为确保在有效 DS18B20 时钟周期内提供足够电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线上拉。
当 DS18B20 处于写存放器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必需有强上拉，上拉开启时间最大为 10us。采取寄生电源供电方法时 VDD 端接地。因为单线制只有一根线，所以发送接口必需是三态。

图 2.3.3 温度传感器和单片机连接
2.3.4 报警温度调整按键
本系统设计三个按键，采取查询方法，一个用于选择切换设置报警温度和目前温度，另外两个分别用于设置报警温度加和减。均采取软件消抖

3 系统软件算法分析
系统程序关键包含主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描处理子程序等。
3.1 主程序步骤图
主程序关键功效是负责温度实时显示、读出并处理 DS18B20 测量目前温度值，温度测量每 1s 进行一次。这么能够在一秒之内测量一次被测温度，其程序步骤见图 3.1 所表示。
初始化
读取温度
读出温度值温度
计算处理显示数
据刷新
发温度转换开始命令
调用显示子程序
N
SET 键是
否按下
Y
设置报警温度
图 3.1 主程序步骤图
3.2 读出温度子程序
读出温度子程序关键功效是读出 RAM 中 9 字节，在读出时需进行 CRC 校验，校验有错时不进行温度数据改写。其程序步骤图图 3.2 示

3.3 温度转换命令子程序
温度转换命令子程序关键是发温度转换开始命令，当采取 12 位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采取 1s 显示程序延时法等候转换完成。温度转换命令子程序步骤图如上图，图 3.3 所表示

发 DS18B20 复位命令
发 DS18B20 复位命令
发跳过 ROM 命令
发跳过 ROM 命令
发温度转换开始命令
发读取温度命令
结束
读取操作，CRC 校验
图 3.3 温度转换步骤图
Y
N
9 字节完？
Y
CRC 校验正？
N
移入温度暂存器
结束
图 3.2 读温度步骤图
3.4 计算温度子程序
计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码转换运算，并进行温度值正负判定，其程序步骤图图 3.4 所表示。

3.5 显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序关键是对分离后温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为 1时将符号显示位移入第一位。程序步骤图图 3.5。

开始
N
温度零下?
Y
温度值取补码置“1”标志
置“0”标志
温度数据移入显示寄存器
分离显示温度
Y
标志位为 1？
N
Y
计算小数位温度 BCD 值
最高位显示“—”
计算整数位温度 BCD 值
最高为显示分理
出数据
结束
结束
图 3.4
计算温度步骤图
图 3.5
显示数据刷新步骤图
3.6 按键扫描处理子程序
按键采取扫描查询方法，设置标志位，当标志位为 1 时，显示设置温度，不然显示目前温度。以下图 3.6 示。

SET 键按下
ADD 键是
否按下
N
DEC 键是
否按下
N
Y
报警温度加 1
Y
报警温度减 1
N
显示切换标志
位是否为“0”
Y
调用显示子程序
图 3.6 按键扫描处理子程序

4 试验仿真
进入 protuse 后，连接好电路，并将程序下载进去。将 DS18B20 改为 0.1，数码管显示温度和传感器温度相同。
图 4—1 温度显示仿真
当按下 SET 键一次时，进入温度报警上线调整，此时显示软件设置温度报警上线， ADD按或 DEC 分别对报警温度进行加一或减一。
当再次按下 SET 键时，进入温度报警下线调整，此时显示软件设置温度报警下线， ADD按或 DEC 分别对报警温度进行加一或减一。
图 4—2 温度调试仿真
当第三次按下 SET 键时，退出温度报警线设置。显示目前温度。

5 总结和体会
此次基于“ds18b20数字温度报警器”传感器课程设计大致能够分为：资料搜集→程序编辑→电路设计→模拟仿真→电板焊接。每个过程相辅相成，却又相互独立。
经过这次对数字温度计设计和制作，让我了解了设计电旅程序，也让我了解了相关数字温度计原理和设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功以后才实际接线。不过最终成品却不一定和仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着多种多样条件制约着。而且，在仿真中无法成功电路接法，在实际中因为芯片本身特征而能够成功。所以，在设计时应考虑二者差异，从中找出最适合设计方法。
经过一个一个步骤跟进，让我对很多电子元器件结构和基础特征有了一定了解，对电路实际操作让我对电路有了深刻了解。焊接过程是一个很有趣过程，经过小心翼翼一个个引脚焊接，最终成就我们温度传感器，每一步全部那么谨慎以防和相邻电路短接。在很大程度上锻炼了我耐心，同时也能够对整个电路设计及走向有一个深刻了解、了解。
当然，因为种种原因：元器件缺失、系统本身及电路影响等造成所得结果不够正确，无法达成预想理想状态，让人很是遗憾。从这次课程设计中，我真真正正意识到，在以后学习中，要理论联络实际，把我们所学理论知识用到实际当中，学习传感器更是如此，任何元件、程序等只有在反复学习和使用过程中才能在利用过程中得心应手，这就是我在这次课程设计中最大收获。

人民邮电出版社
【6】杨恢先 黄辉先单片机原理及应用
参考文件
【5】赵云 曹经稳 赵春强常见电子元器件及应用电路
电子工业出版社
【4】刘迎春 叶湘滨传感器原理 设计和应用
国防科技大学出版社 1998
【3】廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，
北京航天航空大学出版社
【2】薛庆军，张秀娟，单片机原理试验教程
北京航空航天大学出版社 1999
【1】马忠梅，张凯 单片机 C 语言应用程序设计(第四版) 人民出版社

附 1 源程序代码
//DS18B20 读写程序,数据脚 P2.7
//温度传感器 18B20 汇编程序,采取器件默认 12 位转化
//为 0.1 度，显示采取 4 位 LED 共阳显示测温值
//P0 口为段码输入,P34~P37 为位选
//
//
//最大转化时间 750 微秒,显示温度-55 到+125 度,显示精度 //
//
//
/***************************************************/
#include "reg51.h"
#include "intrins.h"
#define dm P0
#define uchar unsigned char
#define uint
sbit DQ=P2^7;
sbit w0=P2^0;
sbit w1=P2^1;
sbit w2=P2^2;
sbit w3=P2^3;
sbit beep=P1^7;
sbit set=P2^6;
sbit add=P2^4;
sbit dec=P2^5;
int temp1=0;
uint h;
uint temp;
uchar r;
uchar high=35,low=20;
uchar sign;
uchar q=0;
uchar tt=0;
uchar scale;
//**************温度小数部分用查表法***********//
uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};
//小数断码表
uchar code table_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};
//共阴 LED 段码表
"0"
"1"
"2"
"3"
"4"
"5"
"6"
"7"
"8"
"9" "不亮" "-"
unsigned int
//温度输入口
//数码管 4
//数码管 3
//数码管 2
//数码管 1
//蜂鸣器和指示灯
//温度设置切换键
//温度加
//温度减
//显示目前温度和设置温度标志位为 0 时显示目前温度
//_nop_();延时函数用
//段码输出口
uchar table_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};
//个位带小数点断码表
uchar data temp_data[2]={0x00,0x00};
uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
//读出温度暂放
//显示单元数据，共 4 个数据和一个运算暂用
/*****************11us 延时函数*************************/

void delay(uint t)
{
for (;t>0;t--);
}
void scan()
{
int j;
for(j=0;j<4;j++)
{
switch (j)
{
case 0: dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//xiaoshu
case 1: dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//gewei
case 2: dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//shiwei
case 3: dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//baiwei
//
}
}
}
//***************DS18B20 复位函数************************/
ow_reset(void)
{
char presence=1;
while(presence)
{
while(presence)
{
DQ=1;_nop_();_nop_();//从高拉倒低
DQ=0;
delay(50);
DQ=1;
delay(6);
presence=DQ;
}
delay(45);
presence=~DQ;
}
DQ=1;
}
/****************DS18B20 写命令函数************************/
//向 1-WIRE 总线上写 1 个字节
//拉高电平
//延时 500 us
//66 us
//presence=0 复位成功,继续下一步
//550 us
else{dm=table_dm[b3];w3=0;delay(50);w3=1;}

void write_byte(uchar val)
{
uchar i;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=1;_nop_();_nop_();
DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
DQ=val&0x01;
delay(6);
val=val/2;
}
DQ=1;
delay(1);
}
/****************DS18B20 读 1 字节函数************************/
//从总线上取 1 个字节
uchar read_byte(void)
{
uchar i;
uchar value=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=1;_nop_();_nop_();
value>>=1;
DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
if(DQ)value|=0x80;
delay(6);
}
DQ=1;
return(value);
}
/*****************读出温度函数************************/
read_temp()
{
ow_reset();
delay(200);
write_byte(0xcc);
write_byte(0x44);
ow_reset();
delay(1);
write_byte(0xcc);
write_byte(0xbe);
//发命令
//发命令
//发转换命令
//总线复位
//66 us
//4 us
//4 us
//从高拉倒低
//5 us
//最低位移出
//66 us
//右移 1 位

temp_data[0]=read_byte();
temp_data[1]=read_byte();
temp=temp_data[1];
temp<<=8;
temp=temp|temp_data[0];
return temp;
}
//读温度值第字节
//读温度值高字节
// 两字节合成一个整型变量。
//返回温度值
/****************温度数据处理函数************************/
//二进制高字节低半字节和低字节高半字节组成一字节,这个
//字节二进制转换为十进制后, 就是温度值百、十、个位值,而剩
//下低字节低半字节转化成十进制后,就是温度值小数部分
/********************************************************/
work_temp(uint tem)
{
uchar n=0;
if(tem>6348)
{tem=65536-tem;n=1;}
display[4]=tem&0x0f;
display[0]=ditab[display[4]];
display[4]=tem>>4;
display[3]=display[4]/100;
display[1]=display[4]%100;
display[2]=display[1]/10;
display[1]=display[1]%10;
// 温度值正负判定
// 负温度求补码,标志位置 1
// 取小数部分值
// 存入小数部分显示值
// 取中间八位,即整数部分值
// 取百位数据暂存
// 取后两位数据暂存
// 取十位数据暂存
//个位数据
r=display[1]+display[2]*10+display[3]*100;
/////符号位显示判定/////
if(!display[3])
{
display[3]=0x0a;
if(!display[2])
{
display[2]=0x0a;
}
}
if(n){display[3]=0x0b;}
}
//负温度时最高位显示"-"
//次高位为 0 时不显示
//最高位为 0 时不显示
void BEEP()
{
if((r>=high&&r<129)||r<low)
{
beep=!beep;
}
else

{
beep=0;
}
}
//*********设置温度显示转换************//
void xianshi(int horl)
{
int n=0;
if(horl>128)
{
horl=256-horl;n=1;
}
display[3]=horl/100;
display[3]=display[3]&0x0f;
display[2]=horl%100/10;
display[1]=horl%10;
display[0]=0;
if(!display[3])
{
display[3]=0x0a;
if(!display[2])
{
display[2]=0x0a;
}
}
if(n)
{
display[3]=0x0b; //负温度时最高位显示"-"
}
//次高位为 0 时不显示
//最高位为 0 时不显示
}
//*********按键查询程序**************//
void keyscan()
{
int temp1;
if(set==0)
{
while(1)
{
delay(500);//消抖
if(set==0)
{
temp1++;
//最高温度和最低温度标志位

while(!set)
scan();
}
if(temp1==1)
{
xianshi(high);
scan();
if(add==0)
{
while(!add)
scan();
high+=1;
}
if(dec==0)
{
while(!dec)
scan();
high-=1;
}
}
if(temp1==2)
{
xianshi(low);
if(add==0)
{
while(!add)
scan();
low+=1;
}
if(dec==0)
{
while(!dec)
scan();
low-=1;
}
scan();
}
if(temp1>=3)
{
temp1=0;
break;
}
}

}
}
/****************主函数************************/
void main()
{
dm=0x00;
w0=0;
w1=0;
w2=0;
w3=0;
for(h=0;h<4;h++)
{
display[h]=0;
}
ow_reset();
write_byte(0xcc);
write_byte(0x44);
for(h=0;h<100;h++)
{
scan();
}
while(1)
{
if (temp1==0)
{
//初始化端口
//开机显示"0000"
//开机先转换一次
//Skip ROM
//发转换命令
//开机显示"0000"
work_temp(read_temp());
BEEP();
scan();
keyscan();
}
else
keyscan();
}
}
//处理温度数据
//显示温度值
//***********************结束**************************//