基于单片机的温度检测与报警系统设计

设计方案分析
分析：
在日常生活及工农业生产中经常 要用到温度的检测及控制，传统的测温元 件有热电偶和热点阻。而热电偶和热电阻 测出的一般都是电压，再转换成对应的温 度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电 路复杂，软件调试复杂，制作成本高。 而采用智能温度传感器DS18B20作 为检测元件，测温范围为－55 ℃ ～125 ℃ ，最大分辨率可达0.0625℃。 DS18B20可以直接读出被测温度值，采 用3线制与单片机相连，减少了外部的硬 件电路，具有低成本和易使用的特点。 按照系统设计功能的要求，确定系统由5 个模块组成：主控器AT89C51，测温电 路DS18B20，报警电路，按键电路及驱 动显示电路。总体电路框图如右图1所示。
设计任务及具体要求
一、设计任务： 设计一个以单片机为核心的温度测量系统 。 二、 具体要求： （1）测量温度值精度为±0.1℃。 （2）系统允许的误差范围为0.1℃以内。 （3）系统可由用户预设温度值，测温范围为－55 ℃ ～＋125℃。 （4）超出预置值时系统会自动报警，即发光二极管亮，蜂鸣器 响。 （5）系统具有数码显示功能，能实时显示实际温度值。
基于单片机的恒温检测与报警系统
指导老师：XXXXXX 班 级：08电信4班 答辩学生： X X
恒 温 检 测 与 报 警 系 统 的 设 计
绪 论 设计任务及原理分析 系统整体的设计
设计任务 具体要求
原理分析 系统开发平台介绍：PROTEL 99、KEIL 系统硬件设计 主程序流程图
系统软件设计 测温流程图 报警电路流程图 按键显示流程图
（ a）
寄生电源工作方式
（ b）
外接电源工作方式
9. 结 论
本设计以智能集成温度传感DS18B20为例， 介绍了基DS18B20传感器的数字温度计的设计，该 设计适用于人们的日常生活及环境温度不高于125 ℃的温度的检测与控制。 以DS18B20温度传感器设计的数字温度计线路简 单、硬件少、成本低廉、软件设计简单等优点,有着 广阔的应用前景。尤其是其具有完善的单总线通信 协议,无需复杂、繁琐的布线,只需3 根连线就能很 容易地组成多点测温系统,因此在工农业生产和科学 研究中有着广阔的应用前景。
R11
10k
U2:C
5 74LS04 6
R12
10k
U2:D
13 74LS04 12
74LS04
4. 主程序流程图
开始 系统初始化 显示传感器 温度 N 判断 P1.4 是否 为0 显示系统初 始设定值 N 判断外部中断（P3.2、 P3.3是否为0） P3.2=0 设置值+1并 显示 P3.3=0 设置值-1并 显示
2 P1
3
DC 1
S1
VCC
2 4 6
2 4 6
1 3 5
1 3 5
VCC
SWITCH
VCC
R13 4.7 K
+ C1 10uF
R14 10K 1 3 K2 SET 2 4 1 3 K3 DEC 2 4 1 3 K4 ADD 2 4 LS1 4.7 K
cBiblioteka Baidu
D2
ALAM C2 22 C3 22 Y1 12MHz R16 4.7 K
U1 AT89C51
R1R2R3R5R6R7R8R4 VCC 510510510510510510510510
1 2 3 4 5 6 7 8
P 1. 0 P 1. 1 P 1. 2 P 1. 3 P 1. 4 P 1. 5 3. 0 P 1. 6 P 3. 1 3. 2 P 1. 7 P 3. 3 RST P 3. P 3. P 3. P 3. 4 5 6 7
段名称 a b c d e f g dp
I/0 口 名 称 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
位名称 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
I/O 口 名 称 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7
3.显示电路模块原理图（2）
6. DS18B20的外形
DS18B20 的 管 脚 排 列 图 ：
序号 1 2 3
名称 GND DQ VDD
引脚功能描述 地信号 数据输入/输出引脚 外接供电电源输入端(在 寄生电源接线方式时接地)
7. DS18B20的内部结构图
DS18B20内部结构如下图所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非 挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
Y
P3.2=0 比较温度值 是否越限？ Y N 报警信号发生
5. DS18B20简介
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感 器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－ 55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分 辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式 串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源 方式产生；多个DS18B20可并联到3根或2根线上，CPU只 需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端 口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使 DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
XTAL2 XTAL1 GND
19 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2
0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1
R9 R10 R11 R12 4.7 K 4.7 K 4.7 K 4.7 K
c g4 S
9 8 7
U3 4-LED
Q5 8550
b
SPEAKER
e
c
S4
Q4 8550
1.系统电路原理图 .
VCC B C
Titl e A
2.显示电路模块原理图（1）
采用动态显示方案，设计中使用八个共阴极数码管作为显示载体，通过八路并口传输，共使用了十 六个I/O口，具体连接如表1所示。
表 1
电路的搭建 仿真以及调试 结 论
不同条件下的软件仿真 电路的调试 以及实际环境的测试
设计简述
人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中 需要实时测量温度，在工业生产中也离不开温度的测 量，因此研究温度的测量方法和控制具有重要的意义。 测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展 经历了3个阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成 温度传感器、智能集成温度传感器。目前，国际上新 型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能 化、网络化的方向发展。在此以智能集成温度传感器 DS18B20为例 ，介绍DS18B20数字温度计的设计。
DS18B20 的 内 部 结 构 : 存储器和控制器
I/O
温度传感器 64 C 电 源 VDD 检 测 8 位 CRC 生 成 器 位 低温触发器 TL 高速缓存 存储器 高 温 触 发 器 TH
ROM 和 单 线
接 口
配置寄存器
8. DS18B20与单片机的接口设计
以MC51系列单片机为 例，画出了DS18B20与微 处理器的典型连接。如右图 （a）中DS18B20采用寄生 电源方式，其VDD和GND 端均接地。图（b）中 DS18B20采用外接电源方 式，其VDD端用3V～5.5V 电源供电。
GND 1 2 3 D CC VQ
U2
DS18B20 b
e
e
VCC
c
S1
Q1 8550 b
c S2 S1 a Sf 2 S3 b S4 A F3 S S2 B E dp D C G S1 S3 e c e dp 12 11 10
Q2 8550
R15 b VCC
e
b Q3 8550
1 2 3 4 5 6
显示电路由八位共阴极的数码管组成，通过网络标号A、B、C、D、E、F、G、DP等与AT89C52的P1口相 连，由八个136欧的电阻驱动，实现段控制功能。通过网络标号C0-C7与驱动芯片ULN2803A相连，以此为 桥梁与AT89C52相连，实现位控制功能。具体电路图如图4所示。
U1
19 XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17
18
XTAL2
9
R1 R2 R3 10k R4 10k R5 10k R6 10k R7 10k R8 10k
10k 10k
RST
29 30 31
PSEN ALE EA
R9
10k
U2:A
1 2
R10
10k
U2:B
3 74LS04 4
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C51
10.谢辞
衷心地感谢邵珠雷老师对我的耐心指导，在邵 老师的帮助下，我顺利地完成了这次毕业设计，在 专业知识和office办公软件及幻灯片制作等方面也得 到了很大的提高！ 最后，向所有关心支持指导帮助过我完成毕业 设计的老师和同学表示最诚挚的谢意！
A F B E dp D C G
VCC
(T 0 ) (T 1 ) (WR ) (R D )
( A D 0) P 0. 0 ( A D 1) P 0. 1 ( A D 2) P 0. 2 V 0. 3 ( A D 3) P C C ( A D 4) P 0. 4 ( A D 5) P 0. 5 ( A D 6) P 0. 6 ( A D 7) P 0. 7 (R X D ) (T X D ) ( I N T 0) ALE E /P R O G A /V P P ( I N T 1) A 15 ) P2 .7 A 14 ) P2 .6 A 13 ) SE N P P2 .5 A 12 ) P2 .4 A 11 ) P2 .3 A 10 ) P2 .2 ( ( ( ( ( ( ( A 9) P 2. 1 ( A 8) P 2. 0