51单片机温度报警器的设计
【摘 要】时代在不断的进步，在不断的发展，单片机的技术已经普及到各个领域，譬如我们的生活、工作、科研当中。发展到今天，它早就变成一种较为完善的技术, 本篇文章着重描写了一个以AT89C51单片机为主开发的温度报警器系统，细致地描述了如何利用温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点在于传感器在单片机下的硬件连接.软件编程以及各模块系统流程等等进行了详尽介绍分析。这个系统可以方便的实现温度采集和显示的作用，并且能够根据需求对温度进行任意的设定报警的温度，非常容易上手操作，方便人为使用。应用在工农业生产中以及日常生活中，适合温度的控制，同样的，在其他系统中嵌入温度处理模块，作为其他主系统辅助的扩展也是可行的。AT89C51单片机的功能配合DS18B20，开发出最为简单，利用广泛的温度控制系统，但是它的抗干扰能力强，适合各种恶劣环境能够进行现场的有效的温度控制，所以该系统的应用前景非常的广泛。
目 录
引 言 1
一、设计的要求与总体方案 1
二、设计的内容及性能指标 1
三、系统方案的选择 2
四、硬件实现及单元电路设计 5
五、系统软件设计 8
六、系统的安装与调试 9
总结 11
参考文献 12
致谢 13
附录1 整体电路原理图 14
附录2 实物图 15
附录3部分程序代码 16
引 言
传感器类属信息技术的前沿高端产品，温度传感器技术实用性非常广泛。甚至普及到社会中的各个领域，。在控制和测量数据方面，温度传感器都起到了重要的作用。本文AT89C51单片机作为温度报警器的控制中心, 数字温度传感器DSl8B20作检测元件,环境温度选取了DSl8B20传感器来测验数据, AT89C51 单片机用来接受温度的信号,用单片机控制数码管，数码管作为显示器用来显示温度数据。当报警信号超过温度设定的范围，蜂鸣器将会自行发出鸣叫, 具有灵敏度高和稳定性高的特点且价格低廉, 能够有效的避免温度突发事件, 本文主要是设计了单片机控制下的温度报警的系统，详尽的介绍了系统的硬件和软件设计开发的过程，及其各个模块的功能，发展的前景十分可观。
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一、设计的要求与总体方案
首先明确设计的要求，接着详细地讨论解决方案，逐步攻破难点。
设计要求：
1. 基本范围0℃99℃ ； 精度误差小于 0.1℃ ； 数码管直读显示；
2.扩展功能：可以随意调节温度的上下限报警的功能。
主要控制和核心部位单元的设计所选择的是51系列中的AT89C51，AT89C51单片机属于51系列,但是部分功能强化比普通51单片机的特性高。51单片机应用程序常用的电脑,但也由硬件和软件两部分组成。该系统硬件包括,输入/输出设备以及应用电路组成的系统,软件的一般术语的各种协调过程还有研究和开发的过程。51单片机应用系统开发正常包括如下四个阶段:系统的功能分析、硬件制作与设计、软件设计以及系统调试。
二、设计的内容及性能指标
功能实现及性能指标具体如下：
单片机可以实时监察DS18B20传感器的运转，并且可以迅速处理从DS18820获取的相关数据。上电以后，数码管的显示面将会显示当前的环境温度，利用按键来设置温度的最高或最低报警值，如果传感器检测到环境的温度高于或者低于报警数值，那么蜂鸣器报警鸣声，此时报警灯也会闪烁，进行提醒。检测的温度值的精确度小于0.1度。如果突然断电掉电，系统仍然会保存数据，便于查找。单片机内部的EEPOM会自动保存相关数据，打开系统，显示在设置界面之后，倘若不进行任何操作，15秒后系统自动退出并且关闭界面。
三、系统方案的选择
温度测量、温度设置以及系统状态显示构成了该系统的主体框架，首先详细说明了如何选择最佳方案来实现系统的功能。
（一）主控制器模块
方案1：
作为系统的控制器，我们选用了可编程逻辑器件CPLD。对于各种复杂的逻辑功能，CPLD都可以实现。它本身还拥有其他优点，比如易拓展、高密度、很稳定，抗干扰能力强 。可以进行并行的输入输出的操作，进而提高了系统处理的速度，大大提高了工作效率。在大规模控制系统中，具有控制核心的能力。然而该系统没有大规模的控制系统，复杂的逻辑功能应用较少，且从经济适用角度思考，该方案并不适合。
方案2：
选取AT89C51单片机，首先它的优点并不少于CPLD，具有低电压高性能特点。关键点：能够自动显示并在检测温度超过报警值时自动报警。单片机容易人为控制、上手快这也是它的优势之一，保存的数据不易丢失。AT89C51单片机耗电低，处理速度快。单片机的控制功能较其他控制器，较为突出。价位便宜，适用小型的控制系统。作为控制核心，足够应用该系统的设计。
通过比较，选择方案2作为主控制器的模块应用。
(二) 温度测量
方案1：
选用DALLAS公司研发的DSl8B20数字温度芯片,原因:它具备体积较小和封装形式多样性的特点，从而大大的改进了温度报警器的功能,高精确度，全数字化的信号输出功能。方便了人为控制和处理， 而且可以直接利用串口或者其他输入输出接口与外界设备连接，减少了连接的步骤，简化了微处理器与DS18B20之间的双向通讯。芯片的内部拥有高度集成的数字模拟转换电路和温度传感器器件。 电压的适用范围在3.0至5.5V之间，经济方便。测量的温度最低可以控制在零下55 ℃，最高温度可以控制在零上125 ℃，温度差可达到180℃.最大的线性偏差小于1℃.能与PC机通信，上传数据。
如图1所示的外部封装形式，可以看到DSl8B20有三个引脚，分为GND接地，DQ是数字输出，VDD为可选引脚。图2是传感器的电路图，简化了实物。
图1 外部封装形式 图2 传感器电路图
方案2:
选取热电偶温差电路测量温度值，用低温热偶来检测温度部分，两个异金属导线相互焊接在一起构成了热电偶（如下图3），在已知温度参考节点，并测量获取电压数据，由此来推测结点的温度。，采集的数据需要通过A/D 转换后，利用单片机来处理相应的数据。热电偶的优点是最高与最低温度相差范围宽，容易在狭小的空间存放，缺点是输出电压小、易被导线周围环境线路的嘈杂声音影响的缺点， A/D 的转换电路在感温过程中，步骤复杂繁琐。
图3 热电偶电路图
分析两种方案，方案1的测温装置较为方便简单，人为容易操作，且温度显示精确度高。方案2的问题是有较大的线性误差，感温电路复杂。所以选择容易实现设计的方案1。
（三）设置温度
方案1：
设置温度采用键盘输入的方式，键盘只需要用四个按键，一个加键，一个复位键，一个减键，一个功能设定键。四个键就足够来调节温度上下限，复位等等功能，充分利用了所有的接口，而且仅仅需要4个接口。
方案2:
设置温度采用4*4矩阵键盘输入的方式，这种方式的键盘需求8个接口，然而我们不需这么多键。8个接口也占位置。
结合以上分析，在功能相同的情况下，可以避免材料的浪费，方案1是最佳的选择。
（四）显示模块
方案1：
选取数码管作为显示器。一是数码管的使用较为简洁便利。而且能够迅速显示出来，显然易见的效果展示更加方便人为的使用，在生活，科技当中应用之广，价格也相对便宜。易推广。
方案 2：
选取LCD液晶作为显示器。LCD的显示非常的清晰，显示出来的较多信息量，也很方便使用的，然而仅仅对我们开发的系统来说并不需求显示的内容多丰富，在价格方面，LCD的价位较贵。
目 录
引 言 1
一、设计的要求与总体方案 1
二、设计的内容及性能指标 1
三、系统方案的选择 2
四、硬件实现及单元电路设计 5
五、系统软件设计 8
六、系统的安装与调试 9
总结 11
参考文献 12
致谢 13
附录1 整体电路原理图 14
附录2 实物图 15
附录3部分程序代码 16
引 言
传感器类属信息技术的前沿高端产品，温度传感器技术实用性非常广泛。甚至普及到社会中的各个领域，。在控制和测量数据方面，温度传感器都起到了重要的作用。本文AT89C51单片机作为温度报警器的控制中心, 数字温度传感器DSl8B20作检测元件,环境温度选取了DSl8B20传感器来测验数据, AT89C51 单片机用来接受温度的信号,用单片机控制数码管，数码管作为显示器用来显示温度数据。当报警信号超过温度设定的范围，蜂鸣器将会自行发出鸣叫, 具有灵敏度高和稳定性高的特点且价格低廉, 能够有效的避免温度突发事件, 本文主要是设计了单片机控制下的温度报警的系统，详尽的介绍了系统的硬件和软件设计开发的过程，及其各个模块的功能，发展的前景十分可观。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
一、设计的要求与总体方案
首先明确设计的要求，接着详细地讨论解决方案，逐步攻破难点。
设计要求：
1. 基本范围0℃99℃ ； 精度误差小于 0.1℃ ； 数码管直读显示；
2.扩展功能：可以随意调节温度的上下限报警的功能。
主要控制和核心部位单元的设计所选择的是51系列中的AT89C51，AT89C51单片机属于51系列,但是部分功能强化比普通51单片机的特性高。51单片机应用程序常用的电脑,但也由硬件和软件两部分组成。该系统硬件包括,输入/输出设备以及应用电路组成的系统,软件的一般术语的各种协调过程还有研究和开发的过程。51单片机应用系统开发正常包括如下四个阶段:系统的功能分析、硬件制作与设计、软件设计以及系统调试。
二、设计的内容及性能指标
功能实现及性能指标具体如下：
单片机可以实时监察DS18B20传感器的运转，并且可以迅速处理从DS18820获取的相关数据。上电以后，数码管的显示面将会显示当前的环境温度，利用按键来设置温度的最高或最低报警值，如果传感器检测到环境的温度高于或者低于报警数值，那么蜂鸣器报警鸣声，此时报警灯也会闪烁，进行提醒。检测的温度值的精确度小于0.1度。如果突然断电掉电，系统仍然会保存数据，便于查找。单片机内部的EEPOM会自动保存相关数据，打开系统，显示在设置界面之后，倘若不进行任何操作，15秒后系统自动退出并且关闭界面。
三、系统方案的选择
温度测量、温度设置以及系统状态显示构成了该系统的主体框架，首先详细说明了如何选择最佳方案来实现系统的功能。
（一）主控制器模块
方案1：
作为系统的控制器，我们选用了可编程逻辑器件CPLD。对于各种复杂的逻辑功能，CPLD都可以实现。它本身还拥有其他优点，比如易拓展、高密度、很稳定，抗干扰能力强 。可以进行并行的输入输出的操作，进而提高了系统处理的速度，大大提高了工作效率。在大规模控制系统中，具有控制核心的能力。然而该系统没有大规模的控制系统，复杂的逻辑功能应用较少，且从经济适用角度思考，该方案并不适合。
方案2：
选取AT89C51单片机，首先它的优点并不少于CPLD，具有低电压高性能特点。关键点：能够自动显示并在检测温度超过报警值时自动报警。单片机容易人为控制、上手快这也是它的优势之一，保存的数据不易丢失。AT89C51单片机耗电低，处理速度快。单片机的控制功能较其他控制器，较为突出。价位便宜，适用小型的控制系统。作为控制核心，足够应用该系统的设计。
通过比较，选择方案2作为主控制器的模块应用。
(二) 温度测量
方案1：
选用DALLAS公司研发的DSl8B20数字温度芯片,原因:它具备体积较小和封装形式多样性的特点，从而大大的改进了温度报警器的功能,高精确度，全数字化的信号输出功能。方便了人为控制和处理， 而且可以直接利用串口或者其他输入输出接口与外界设备连接，减少了连接的步骤，简化了微处理器与DS18B20之间的双向通讯。芯片的内部拥有高度集成的数字模拟转换电路和温度传感器器件。 电压的适用范围在3.0至5.5V之间，经济方便。测量的温度最低可以控制在零下55 ℃，最高温度可以控制在零上125 ℃，温度差可达到180℃.最大的线性偏差小于1℃.能与PC机通信，上传数据。
如图1所示的外部封装形式，可以看到DSl8B20有三个引脚，分为GND接地，DQ是数字输出，VDD为可选引脚。图2是传感器的电路图，简化了实物。
图1 外部封装形式 图2 传感器电路图
方案2:
选取热电偶温差电路测量温度值，用低温热偶来检测温度部分，两个异金属导线相互焊接在一起构成了热电偶（如下图3），在已知温度参考节点，并测量获取电压数据，由此来推测结点的温度。，采集的数据需要通过A/D 转换后，利用单片机来处理相应的数据。热电偶的优点是最高与最低温度相差范围宽，容易在狭小的空间存放，缺点是输出电压小、易被导线周围环境线路的嘈杂声音影响的缺点， A/D 的转换电路在感温过程中，步骤复杂繁琐。
图3 热电偶电路图
分析两种方案，方案1的测温装置较为方便简单，人为容易操作，且温度显示精确度高。方案2的问题是有较大的线性误差，感温电路复杂。所以选择容易实现设计的方案1。
（三）设置温度
方案1：
设置温度采用键盘输入的方式，键盘只需要用四个按键，一个加键，一个复位键，一个减键，一个功能设定键。四个键就足够来调节温度上下限，复位等等功能，充分利用了所有的接口，而且仅仅需要4个接口。
方案2:
设置温度采用4*4矩阵键盘输入的方式，这种方式的键盘需求8个接口，然而我们不需这么多键。8个接口也占位置。
结合以上分析，在功能相同的情况下，可以避免材料的浪费，方案1是最佳的选择。
（四）显示模块
方案1：
选取数码管作为显示器。一是数码管的使用较为简洁便利。而且能够迅速显示出来，显然易见的效果展示更加方便人为的使用，在生活，科技当中应用之广，价格也相对便宜。易推广。
方案 2：
选取LCD液晶作为显示器。LCD的显示非常的清晰，显示出来的较多信息量，也很方便使用的，然而仅仅对我们开发的系统来说并不需求显示的内容多丰富，在价格方面，LCD的价位较贵。
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