溫度報警器設計學 院專 業 電子信息工程班 級 學籍號姓 名指導教師0000年00月00日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目錄 II\o"CurrentDocument"第1章緒論 3\o"CurrentDocument"溫度報警器概述 3\o"CurrentDocument"溫度報警器發展前景 3\o"CurrentDocument"本設計任務 4\o"CurrentDocument"第2章總體方案論證與設計 5\o"CurrentDocument"方案論述 5\o"CurrentDocument"總體硬件組成框圖 5\o"CurrentDocument"第3章 系統硬件設計 6\o"CurrentDocument"單片機 6\o"CurrentDocument"溫度采集電路 6PT100溫度傳感器 6測溫電路 7\o"CurrentDocument"A/D轉換電路 7ADC0801介紹 7A/D轉換電路工作原理 8\o"CurrentDocument"溫度顯示電路 8\o"CurrentDocument"系統軟件設計 9\o"CurrentDocument"軟件設計思路 9\o"CurrentDocument"主程序設計 9\o"CurrentDocument"第5章系統調試與測試結果分析 10\o"CurrentDocument"使用的儀器儀表 10\o"CurrentDocument"系統調試 10硬件調試 10軟件調試 10硬件軟件聯調 10\o"CurrentDocument"測試結果 10\o"CurrentDocument"附錄1系統電路圖 12\o"CurrentDocument"附錄2元器件清單 13\o"CurrentDocument"附錄3程序清單 14II第1章緒論溫度是一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現代工農業技術的發展及人們對生活環境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。溫度報警器廣泛應用于工農業生產以及日常生活中：環境溫度檢測，機房溫度監測及報警，蔬菜大棚、花窖、魚塘水溫監測，工廠用的烘箱、電爐，汽車低溫報警（提示司機路面結冰），實驗室，冷庫、倉庫溫度監測及報警等等，其研究具有一定的學術價值和廣泛的市場前景。溫度報警器概述現代社會是信息化的社會，隨著安全化程度的日益提高，機房 作為現代化的樞紐，其安全工作已成為重中之重，機房內一旦發生故障，將導致整個系統的癱瘓，造成巨大的損失和社會影響。造成高溫火災有：電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發高溫或火災；靜電產生高溫或火災；雷電等強電侵入導致高溫或火災；最主要是機房內電腦、空調等用電設備長時間通電工作，導致設備老化，空調發生故障，而不能降溫；因此機房內所屬的電子產品發熱快，在短時間內機房溫度升高超出設備正常溫度，導致系統癱瘓或產生火災，這時超溫報警系統就發揮應有的功能。本文介紹的是采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報警器，當由金屬探頭所接觸的溫度通過傳感器到開關，如果溫度超過預定值，此時的開關即開啟，連接報警器發出報警聲，此時的發聲的報警裝置可以通過改變一些元器件的接法而發出不同的聲音。為了增加實用效果，特添加由共陽極雙色發光管組成的指示電路 .電路不報警時為綠燈，反則報警時為紅綠交替。溫度報警器發展前景目前我國人民生活水平有所提高， 一些電器產品正深入到千家萬戶，據統計，我國目前有約13億人口，幾乎每個家庭都用過象熱得快之類的燒水工具。隨之而來的便是由于使用不當或在使用的同時卻忘了而發生的事故。如果將本系統用于實際，可以有效遏制該類事故發生。因此，如果實際的產品一旦投放市場，必將有很大的市場空間和廣闊的發展前景。本產品在把一些連線以不同的方式連接時，可以發出不同的報警聲。3本產品克服了現在流行的報警器的缺點，成本低，具有更大的實用性、新穎性。主要創新點及應用前景如下：高靈敏度，高穩定性，報警及時。本系統能具有高靈敏度和高穩定性，得益于系統有很好的傳感器。但是它仍然有一定的缺陷，自身有很大的局限性。如果能夠把更好的傳感器應用到該產品中，該產品會有更廣闊的發展前景。本設計任務本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉換器、單刀單擲繼電器、報警電路、復位電路以及2個LED數碼管來實現對環境溫度的實時監測，并能在預設的溫度范圍內用LED顯示，同時在超過預設范圍時產生報警信號。本文分析了溫度傳感器的工作原理 ，系統硬件電路以及軟件部分的設計。第2章總體方案論證與設計本文介紹的溫度報警器以AT89S52單片機為控制核心，再配合熱敏電阻PT100溫度檢測電路、AD0801轉換器、單刀單擲繼電器、報警電路、復位電路以及 2個LED數碼管來實現對環境溫度的實時監測，并能在預設的溫度范圍內用LED顯示，同時在超過預設范圍時產生報警信號。該系統軟件采用 C語言實現，方便移植且開發簡單。本溫度報警器功能實用、成本低廉、操作方便、有一定的實用價值。方案論述方案一：通過PT100熱敏電阻對溫度進行采集，隨著溫度的變化， PT100的阻值也會隨著變化，則通過自制的橋式測溫電路的分壓也會發生變化，由于變化的分壓不是很大，所以采取UA741CN放大器將變化的電壓進行放大，放大到AD0801模數轉換器能夠處理的范圍之內。經模數轉換后的溫度信號傳入到AT89S52單片機，再由單片機控制繼電器、蜂鳴器和數碼管來 實現溫度控制、報警、顯示的功能。當溫度在18度至70度之間時，系統正確顯示溫度，當溫度超出這個范圍時系統在顯示溫度的同時發出警報聲。方案二：主電路由NTC測溫電阻，可調溫度電位器，低頻振蕩器和音頻振蕩器四部分組成，工作原理如下：由電位器設定好溫度值 ，當溫度升高時，測溫電阻NTC的電阻值降低，達到CD4011輸入高電平閥值，導致低頻振蕩器工作，調制音頻振蕩器，通過三極管放大，由報警裝置發出報警聲。通過對比，從適用前景和市場經濟效益分析來看，選擇第一種方案比較合理。總體硬件組成框圖系統原理圖見圖2-1所示：圖2-1溫度報警器系統第3章系統硬件設計為使該模塊化LED顯示屏控制系統具有更加方便和靈活性，我們對系統的硬件做了精心設計。硬件電路包括LED驅動模塊、數據存儲模塊、PC機通信模塊等三大模塊。單片機本設計采用MCS-51系列的AT89S52單片機，因為AT89S52單片機應用廣泛，性能穩定，抗干擾能力強，性價比高。8051包含了8位CPU，片內振蕩器，8K字節ROM,256字節RAM，3個16位定時器/計數器等。AT89S52的管腳分配如圖3-1：PDIP小為PT弟口J3￥66CEX]Pi1CQ□1*0.0CAfiOt所金口3□即.T-LJiub'IFP1.3匚：Ml□1F1M匚s□PaatAlD力尸15匚s□FOHl：AO4?叫I&口3P1。口7□P0.S<WDS!4SCK0「17匚!ezjm花丁CO□PO[?*了|11口耳口0戶3IB□rwv”{TxO]P3-1!匚□ALl-rOTlZ5?I4IWTB3P9-S0□s）和E尸n□O￡A1S)(TOJF*3-4匚14ZlP2amm-a5口15Efl□P2.6<*13)IWR3P9-OC：尸已□WOM田3PSJ3WI-1)C23Z1PE 叼苫H4U匚ID-尹□FK」AH']ClhiD0n：!□PS.OtMJ]圖3-1AT89S52的管腳分配圖溫度采集電路PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數熱敏電阻傳感器，主要技術參數如下：測量范圍：-200℃?+850℃；允許偏差值△℃：A級±（0.15+0.002ltl），B級±（0.30+0.005ltl）；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度 N200mm；允通電流S5mA因為PT100是將溫度轉換為電阻，而單片機處理的為數字電壓信號，則要將電阻轉換為電壓，同時對電壓信號進行放大后輸入A/D轉換ADC0801的VI+端口。6測溫電路測溫原理：采用R1、R2、VR2、Pt100構成測量電橋(其中R1=R2,VR2為100Q精密電阻)，當Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時，電橋輸出一個mV級的壓差信號，這個壓差信號經過運放UA741放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可直接連AD轉換芯片。差動放大電路中 R3=R4、R5=R6、放大倍數=R5/R3，運放采用單一5V供電。A/D轉換電路ADC0801介紹ADC0801是8位全MOS中速A/D轉換器、它是逐次逼近式A/D轉換器，片內有三態數據輸出鎖存器，可以和單片機直接口接。其主要引腳功能如下：RD,WR:讀選通信號和選通信號(低電平有效)。CLK:時鐘脈沖輸入端，上升有效。DB0—DB7是輸入信號。CLKR:內部時鐘發生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產生時鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。CS:片選信號輸入端，低電平有效，一旦 CS有效，表明A/D轉換器被選中，可啟動。WR:寫信號輸入，接受微機系統或其它數字系統控制芯片的啟動輸入端，低電平有效，CS、WR同時為低電平時，啟動轉換。INTR:轉換結束輸出信號，低電平有效，輸出低電平表示本次轉換已完成。該信號常作為向微機系統發出的中斷請求信號。7CLK:為外部時鐘輸入端，時鐘頻率高， A/D轉換速度快。允許范圍為10-1280KHZ，典型值為640KHZ。此時，A/D轉換時間為10us。通常由MCS—51單片機ALE端直接或分頻后與其相連。當MCS單片機與讀寫外，RAM操作時，ALE信號固定為CPU時鐘頻率的1/6，若單片外接的晶振為6MHZ，則1/6為1MHZ，A/D轉換時間為64us。A/D轉換電路工作原理ADC0801的A/D轉換結果輸出端DB0—DB7與8051的P0.0-P0.7相連。RD與AT89S52RD相連，WR也是跟AT89S52WR相連。CS、VIN+接地。(低電平有效)ADC0801的兩模擬信號輸入端，用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號，與WR同時為低電平A/D轉換器被啟動切在WR上升沿后100模數完成轉換，轉換結果存入數據鎖存器，同時，INTR自動變為低電平，表示本次轉換已結束。如CS、RD同時來低電平，則數據鎖存器三態門打開，數字信號送出，而在 RD高電平到來后三態門處于高阻狀態 。A/D轉換電路如圖3-3所示。圖3-3A/D轉換電路圖溫度顯示電路LED數碼管顯示原理，共陰數碼管管腳分配如圖 3-4所示:GNPa圖3-4數碼管顯示原理第4章系統軟件設計軟件是該LED顯示屏控制系統的重要組成部分，在系統的軟件設計中我們也才用了模塊化設計，將系統的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統軟件的可讀性和可移植性。軟件設計思路軟件設計的任務包括啟動A/D轉換、讀A/D轉換結果、溫度顯示等，其中啟動A/D轉換、讀A/D轉換結果、溫度顯示、溫度控制等工作都在主程序中完成。主程序設計本系統中下位機（單片機89C51）的主要功能就是實現LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數據的讀取等功能。其主程序流程如圖 4-1所示。圖4-1程序流程圖第5章系統調試與測試結果分析使用的儀器儀表見附錄2。系統調試根據系統設計方案，本系統的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯調。由于在系統設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：LED驅動模塊的調試，數據存儲模塊的調試， PC機通信模塊的調試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。硬件調試對各個模塊的功能進行調試，主要調試各模塊能否實現指定的功能。軟件調試軟件調試采用單片機仿真器WAVE6000L及微機，將編好的程序進行調試，主要是檢查語法錯誤。硬件軟件聯調將調試好的硬件和軟件進行聯調，主要調試系統的實現功能。測試結果熱敏電阻采集到溫度后經A/D轉換成信號送入單片機，經過數碼管顯示出溫度，同時判斷是否超出了18度至70度的范圍，超出了則斷開開關并啟動蜂鳴器發出警報聲，若沒有超出就自然顯示溫度。10結論熱敏電阻采集到溫度后經A/D轉換成信號送入單片機，經過數碼管顯示出溫度，同時判斷是否超出了 18度至70度的范圍，超出了則斷開開關并啟動蜂鳴器發出警報聲，若沒有超出就自然顯示溫度。該溫度報警器在 proteus中仿真理論上基本可以實現，但是在仿真過程中還是發現了 LED數碼管顯示并沒有按照程序設定的一個溫度值一個溫度值的變化，而是兩個溫度值兩個溫度值的變換。我個人覺得可能是proteus數字仿真軟件在仿真過程中存在延遲或者是誤差。本次實習在設計和制作溫度報警器的過程中， 對在校學習的單片機知識、電路知識以及C語言程序設計知識有一個全面的檢驗，在制作過程中也體驗了從電路圖的繪制到元器件的焊接組裝調試的全過程。學會了 proteus單片機仿真軟件使用的基本步驟，了解了各個元器件在 proteus中的表示，掌握了 proteus和keiluvision3聯調的方法，以及AD0801、AT89S52、測溫電路基本連接方法更培養了我更加細心、耐心的素質。11附錄1系統電路圖RrupriCflU1Ftj^^DOFfl1MH同力皿匕同當gFt!小肛X用5i町的Ftl占RrupriCflU1Ftj^^DOFfl1MH同力皿匕同當gFt!小肛X用5i町的Ftl占36用加小眼叱P210WK22WISP23JAI1F24rt12P2W3Pfi也明14Pi7jai￡.gMW叼EOP32IWTO用MHT1M￥IDramMGAHPl?.?DlRA12附錄2元器件清單名稱數量單片機AT89S521塊LED數碼管2支蜂鳴器1支繼電器1個三極管2支發光二極管2支運算放大器UA7411塊15K電阻11個2.2K電阻1個3.9K電阻2個11K電阻2個22K電阻1個98Q電阻1個22PF電容2片150PF電容1片12M晶振1支二極管1支13附錄3程序清單#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitwr=P3A6;sbit rd=P3A7;sbitJRC=P3A1；sbitFM=P3AQ；uchardataled[4];unsignedcharcodetab[]={Qx3f,QxQ6,Qx5b,Qx4f,Qx66,Qx6d,Qx7d,QxQ7,Qx7f,Qx6f};/******************1ms延時函數************/delay(intt){inti,j;for(i=Q;i<t;i++)for(j=Q;j<5Q;j++);}voidstart(){wr=1;wr=Q;wr=1;}LED數碼管（顯示）功能子函數voiddisplay(uinttvdata){uintk,temp;P2=QxQQ;k=tvdata%1Q;temp=tab[k];14P2=temp;delay(1);P1=0x00;k=tvdata/10;temp=tab[k];P1=temp;delay(1);/************主函數開始************/voidmain()(uchark,wendu;uintadvalue;while(1)(start();k=k;k=k;rd=0;advalue=P0;rd=1;k=k;k=k;advalue=advalue*(1.94);switch(advalue)(wendu=18;break;wendu=19;break;wendu=20;break;wendu=