单片机的室内温度监控系统设计
目 录
一、引言 1
二、总体设计 1
（一）设计要求 1
（二）设计方案 1
三、硬件电路设计 2
（一）AT89S51单片机 2
1.AT89S51简介 2
2.引脚说明 2
3.AT89S51最小系统 4
（二）温度传感电路设计 5
1.DS18B20的性能特点 5
2.引脚说明 6
3.温度传感电路 6
（三）键盘控制电路 7
（四）数码显示电路 8
（五）无线传输电路 9
1.NRF905无线电路特点 9
2.管脚说明 9
3.工作方式 10
4.电路说明 10
（六）调温控制电路 11
（七）报警电路 12
四、软件设计 13
（一）主程序设计 13
（二）子程序设计 14
1. 温度检测程序设计 14
2.显示程序设计 14
3.键盘扫描程序设计 15
4.报警程序设计 16
五、系统仿真 17
总 结 19
附录一 电路原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 程序 22
参考文献 29
致谢 30
一、引言
人们在生活中经常会用到温度控制，现在是一个信息化、数字化的时代，人们对室内温度的恒定也有了新的要求。在不耗费人力和精力的情况下，要保持一个室内空间的温度大致恒定，就成为了大势所趋。这就要求测温的准确性和快速性。
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单片机经过多年的发展，已经运用到食品、电子、矿业、化学、建筑、石油等各个行业中。一般的方法要消耗大量人力物力，而且准确性差，用单片机来采集温度不仅可以省时省力，而且精确度较高。
本设计采用单片机作为核心进行控制。单片机的特点是：体积小，重量轻，耗能低，抗干扰能力强和使用方便等优点，另外,他的I/O接口功能很强,便于系统扩展,应用研制周期短,,开发效率高。DS18B20是美国的DALAS公司生产的一种新型数字温度传感器,其具有接口简单、测温精度高、范围宽等特点,其“一线总线”的设计便于构成测温网络,能够大大降低连线费用。
二、总体设计
（一）设计要求
1、温度设定值在15-35℃之间，并且可以手动调节；
2、实时显示温度值；
3、当温度出现过高、过低和不均匀时控制相应装置开始工作，并在达到设定要求时停止控制装置工作；
4、当温度超过设定值±3℃时声光报警；
5、利用无线传输技术对采集到的温度数据进行传输。
（二）设计方案
根据设计要求，室温控制系统的设计方案具体方案如下：
室温控制器以单片机AT89S51为信息处理核心，是系统的主控制器，其外围电路主要有温度传感器DS18B20、共阴极4位8段数码管、矩阵键盘电路、报警电路、温度调节装置组成。时钟电路产生时钟以驱动单片机工作，温度检测电路通过温度传感器把所测得的温度发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，通过环境温度和设定温度的值进行比较来判断是否合格。若设定值大于或小于实际值±3℃显示的值，为不合格，报警电路将启动报警，同时温度调节电路工作，矩阵键盘对按键进行调节，重新调节设定值，使室内温度保持恒定；若设定值大于或小于实际值±2℃显示的值，则为合格，不启动温度调节电路和报警电路。
系统框图如图2-1所示。
图2-1 系统框图
三、硬件电路设计
（一）AT89S51单片机
1.AT89S51简介
芯片功能介绍及设计：AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外，AT89S51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.引脚说明
AT89S51芯片如图3-1所示。
P0口（P0.0～P0.7)：P0.7是最高位，P0.0是最低位，其有两种功能如下：
l 通用I/O接口：无片外存储器时，P0口可作通用I/O接口使用。
l 地址/数据口：在访问外部存储器时，用作地址总线的低8位和数据总线。
P1口（P1.0～P1.7)：P1.7是最高位，P1.0是最低位，仅用作I/O口。
P2口（P2.0～P2.7)：P2.7是最高位，P2.0是最低位，其有两种功能如下：
l 通用I/O接口：无片外存储器时，P0口可作通用I/O接口使用。
l 地址/数据口：在访问外部存储器时，用作地址总线的高8位。
P3口（P3.0～P3.7)：P3.7是最高位，P3.0是最低位，其有两种功能如下：
l 第一功能：用作通用I/O接口。
l 第二功能：见表1
图3-1 AT89S51引脚图
表1 P3口第二功能表
P3口引脚 第二功能
P3.0 RXD（串行口输入）
P3.1 TXD（串行口输出）
P3.2 INT0（外部中断0输入）
P3.3 INT1（外部中断1输入）
P3.4 T0（定时器/计数器0）
P3.5 T1（定时器/计数器1）
P3.6 WR（外部数据存储器写脉冲输出）
P3.7 RD（外部数据存储器读脉冲输出）
RST：复位输入。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
手动复位电路：手动按键接通瞬间，等于再接高电平，那么单片机 复位；松开后低电平 ，复位动作完成。
一、引言 1
二、总体设计 1
（一）设计要求 1
（二）设计方案 1
三、硬件电路设计 2
（一）AT89S51单片机 2
1.AT89S51简介 2
2.引脚说明 2
3.AT89S51最小系统 4
（二）温度传感电路设计 5
1.DS18B20的性能特点 5
2.引脚说明 6
3.温度传感电路 6
（三）键盘控制电路 7
（四）数码显示电路 8
（五）无线传输电路 9
1.NRF905无线电路特点 9
2.管脚说明 9
3.工作方式 10
4.电路说明 10
（六）调温控制电路 11
（七）报警电路 12
四、软件设计 13
（一）主程序设计 13
（二）子程序设计 14
1. 温度检测程序设计 14
2.显示程序设计 14
3.键盘扫描程序设计 15
4.报警程序设计 16
五、系统仿真 17
总 结 19
附录一 电路原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 程序 22
参考文献 29
致谢 30
一、引言
人们在生活中经常会用到温度控制，现在是一个信息化、数字化的时代，人们对室内温度的恒定也有了新的要求。在不耗费人力和精力的情况下，要保持一个室内空间的温度大致恒定，就成为了大势所趋。这就要求测温的准确性和快速性。
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单片机经过多年的发展，已经运用到食品、电子、矿业、化学、建筑、石油等各个行业中。一般的方法要消耗大量人力物力，而且准确性差，用单片机来采集温度不仅可以省时省力，而且精确度较高。
本设计采用单片机作为核心进行控制。单片机的特点是：体积小，重量轻，耗能低，抗干扰能力强和使用方便等优点，另外,他的I/O接口功能很强,便于系统扩展,应用研制周期短,,开发效率高。DS18B20是美国的DALAS公司生产的一种新型数字温度传感器,其具有接口简单、测温精度高、范围宽等特点,其“一线总线”的设计便于构成测温网络,能够大大降低连线费用。
二、总体设计
（一）设计要求
1、温度设定值在15-35℃之间，并且可以手动调节；
2、实时显示温度值；
3、当温度出现过高、过低和不均匀时控制相应装置开始工作，并在达到设定要求时停止控制装置工作；
4、当温度超过设定值±3℃时声光报警；
5、利用无线传输技术对采集到的温度数据进行传输。
（二）设计方案
根据设计要求，室温控制系统的设计方案具体方案如下：
室温控制器以单片机AT89S51为信息处理核心，是系统的主控制器，其外围电路主要有温度传感器DS18B20、共阴极4位8段数码管、矩阵键盘电路、报警电路、温度调节装置组成。时钟电路产生时钟以驱动单片机工作，温度检测电路通过温度传感器把所测得的温度发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，通过环境温度和设定温度的值进行比较来判断是否合格。若设定值大于或小于实际值±3℃显示的值，为不合格，报警电路将启动报警，同时温度调节电路工作，矩阵键盘对按键进行调节，重新调节设定值，使室内温度保持恒定；若设定值大于或小于实际值±2℃显示的值，则为合格，不启动温度调节电路和报警电路。
系统框图如图2-1所示。
图2-1 系统框图
三、硬件电路设计
（一）AT89S51单片机
1.AT89S51简介
芯片功能介绍及设计：AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外，AT89S51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.引脚说明
AT89S51芯片如图3-1所示。
P0口（P0.0～P0.7)：P0.7是最高位，P0.0是最低位，其有两种功能如下：
l 通用I/O接口：无片外存储器时，P0口可作通用I/O接口使用。
l 地址/数据口：在访问外部存储器时，用作地址总线的低8位和数据总线。
P1口（P1.0～P1.7)：P1.7是最高位，P1.0是最低位，仅用作I/O口。
P2口（P2.0～P2.7)：P2.7是最高位，P2.0是最低位，其有两种功能如下：
l 通用I/O接口：无片外存储器时，P0口可作通用I/O接口使用。
l 地址/数据口：在访问外部存储器时，用作地址总线的高8位。
P3口（P3.0～P3.7)：P3.7是最高位，P3.0是最低位，其有两种功能如下：
l 第一功能：用作通用I/O接口。
l 第二功能：见表1
图3-1 AT89S51引脚图
表1 P3口第二功能表
P3口引脚 第二功能
P3.0 RXD（串行口输入）
P3.1 TXD（串行口输出）
P3.2 INT0（外部中断0输入）
P3.3 INT1（外部中断1输入）
P3.4 T0（定时器/计数器0）
P3.5 T1（定时器/计数器1）
P3.6 WR（外部数据存储器写脉冲输出）
P3.7 RD（外部数据存储器读脉冲输出）
RST：复位输入。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
手动复位电路：手动按键接通瞬间，等于再接高电平
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