1、温度监测报警系统温度监测报警系统 毕业论文（设计）任务书学生姓名柴玉林专业班级机电一体化09.2指导教师孙福成论文题目温度监测报警系统研究的目标、内容及方法温度、湿度等参数检测系统在生产中有广泛的应用，设计一温度检测系统，使其具有如下功能：1、能对8路的温度信号进行检测与报警2、在温度大于25度时，红色指示灯亮，并发出报警声3、每隔5秒，顺序循环显示一个库房的温度4、用5个数码管显示，第一个显示位置，第2个显示-，后3位显示温度，精确到1度，测温范围为0-100度分阶段完成的工作1 9月1-15收集资料。2 9月16-30号硬件系统的选择与制作3 10月1号-20号程序的调试4 10月20-1
2、0月30号毕业报告的书写系（部）主 任意 见一、论文（设计）题目温度监测报警系统二、背景和意义在农业生产实践证明增大仓库的科技投入，提出仓库大型化、节能化和智能化是未来发展趋势。提高对仓库温度自动检测和管理水平，大大加快农业生产的工厂化与信息化的发展步伐，促进农业生产方式的变革。 本设计是由温度传感器及AT89C51单片机系统构成的仓库温度自动检测系统。通过温度检测电路，对仓库温度进行实时检测、并显示出来。我们可以通数码显示管LED来显示通道及各个通道的温度。温度采集电路采用AD590传感器通过A/D转换不信号传给单片机，进行处理。同时此设计还具有显示，报警等一些辅助功能。本系统能克服以前仓库
3、靠管理人员手动检查，测量和手工品计算仓库温度值的缺点，提高了仓库温度检测的速度和检测精度，可防止物品霉变事故的发生，同时也节省了大量的人力和物力，减轻了仓库管理的工作强度，提高了仓库管理强度，使仓库管理得到了安全可靠的保障。三、系统设计思想对仓库的温度进行实时的监测与控制，为了适应对多个测控点的监控与管理，经分析采用了分布式系统的控制方式，即在每个测控点配置能独立工作的从机，多个从机由1个上位机进行监控管理，上下采用主从式监控管理形式，系统总体结构如图所示。 系统总体结构图本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，我设计了以80
4、51基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。四、设计方案及措施1、测量部分方案一: 采用热敏电阻，可满足4090的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差,对于检测小于1的温度信号是不适用的。方案二: 采用AD590。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。2、 主控部分方案一: 采用单工方式，多个外部测试点均向主控器持续发送数据，在主控器采用2-4多路选择器实现数据选择，优点是方便实现，软件开销小，缺点是不易控制数据流。方案二: 采用半双工方式，既通过用户选择后，经过89C5
5、1处理后通过串行方式通知测试端进行数据采集与发送。这种方案可控性好，可扩展性好。综上分析，方案二具有更大的可实现性，因此我们采用方案二。3、显示部分方案: 向每一个数码管发送数据，通过控制器控制显示顺序，由于显示速度快，肉眼看不出闪烁，完成显示。但是占用控制器资源太多，不适合在主控部分使用。五、设计工作的主要阶段、进度和指标阶段起始日期终止日期进度技术指标第一阶段2011.9.12011.9.10完成选题和资料收集丰富全面第二阶段2011.9.102011.9.15对电路图进行分析符合精度要求第三阶段2011.09.152011.10硬件系统的选择与制作设计合理结构化、模块化第四阶段2011.
6、10.12011.10.20程序的调试实现其功能控制第五阶段2011.112011.11.20编写论文准备答辩详细全面六、温度检测系统在国内外状况 国外：自70年代以来，由于工业控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法的推动下，国外温度调节系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得的成果，在这方面，日本、美国、德国、瑞典等国走到了世界的前列，掌握了领先技术，并且都已经生产出一批商品化的、性能优异的温度控制器和仪器仪表，在各个行业应用，它们主要共有如下特点：1.适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2.能够适应于控制系统数学难以建立的温度
7、控制系统的控制。3.能够适应于受控制系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制4.温度控制系统具有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。5.温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能控制等理及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广。6.普遍控制器既有参数自定功能。目前，外国温度控制系统及仪表正朝、智能化、小型便携化等方面发展。国内：我国对模糊控制理论的研究与应用起步比较晚，虽然发展很快，在各个领域取得了许多有影响的成果。诸如在模糊控制，模糊聚类分析、模糊图像处理、模糊集合论、模糊模式识别发、等领域器的了不少有实际影响的成果。但是依然和外国发达国家技术有一定的差距，具体
8、表现如下几个方面：1.行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研究能力不强，制约计算发展。2.产品以PID控制为主，智能化仪表少，这方面比外国差距较大。3.仪表控制关键技术、相关算法及控制软件方面的研究较国外滞后。随着我国经济的发展以及加入WTO以后。我给政府和企业也逐渐认识到了这种差距，对此都非常重视，对相关企业资源进行重组，相继建立了一些国家，企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式组建了一批合资，合作及独资企业，是我国温度控制系统得到迅速发展，取得了惊人的成果。七、现有条件及必须采取的措施单片机实验室和数字电路实验室，主要仪器有计算机，模拟实验台。必须措施：在现有条件下研
9、究制作该电路。八、协作单位及要解决的主要问题协作单位：学院电子实验室。所要解决本课题的主要问题是：检测电路的设计，以及主电路图的合理性、制作和调试。如条件允许，需解决：购买专用于的电路器件，购买专用于电路芯片及温度传感器。九、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日十、系（部）意见 组长签名： 年 月 日 摘 要随着科技的发达，温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着人类生产生活环境不断改善，对物质需求不断提高，出现智能温度检测器、室内净化器等一系列改善温度检测的高科技产品。然而这并不能满足仓库温度检测对生产生活的需求，所以不断开发利用新型数字温度检测控制系统，本文设计了（AT8
10、9C51）的温度检测及报警系统。此系统采用了单片机的检测电路，能够自动、准确检测环境空气的相对温度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对温度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对温度：当室库房气温度过高时，系统自动发警报，来提示仓库里面的温度不适宜存放产品，我们通过空调或其他冷却器，来降低仓库里的温度，当仓库空气温度过低时，系统自动报警，再次调节空调，使空气温度保持在理想的状态。Abstract With the adv
11、anced science and technology, the temperature of the inspection and control is an industrial production process is the typical application, as one of the test the temperature increases, the production and living conditions have constantly improved, the temperature, the detector cleaner improve the d
12、etection a series of high technology products. however, this cannot satisfy the temperature of the inspection requirements for life, development and utilization of the new figures have been detected, the temperature control system design （AT89C51 ） the temperature of the inspection and Alarm systems
13、.The system of testing the circuit has a monolithic integrated circuits that automatically, accurate testing of the environment of the relative air temperature and will detect the data through a d after the conversion to processors （ AT89C51 ）, and then through software programming, the current envi
14、ronment, the relative value to a decimal number, then by which to show ； and, through software programming, plus appropriate control coupling （ a photoelectric circuit or circuit and relay part of ）, Design can automatically adjust the present environment of the room temperature ： air temperature is
15、 too high, the system automatically the alarm, to prompt the temperature is not suitable for storage of products, we go through the air or other cooler, to lower the temperature of the warehouse, when the air temperature is too low, the system automatically adjust the air conditioner, and the air te
16、mperature at the ideal state.关键词单片机；温度传感器；A/D转换感器第一章 绪 论1.1 课题背景在农业生产实践证明增大仓库的科技投入，提出仓库大型化、节能化和智能化是未来发展趋势。提高对仓库温度自动检测和管理水平，大大加快农业生产的工厂化与信息化的发展步伐，促进农业生产方式的变革。 本设计是由温度传感器及AT89C51单片机系统构成的仓库温度自动检测系统。通过温度检测电路，对仓库温度进行实时检测、并显示出来。我们可以通数码显示管LED来显示通道及各个通道的温度。温度采集电路采用AD590传感器通过A/D转换把信号传给单片机，进行处理。同时此设计还具有显示，报警等
17、一些辅助功能。1.2 课题研究的目的和意义用单片机为仓库设计一个温度检测系统，信号用无线传输，对仓库内多个点的温度检测，超温报警指示，要求成本低，可靠性高，使用于中小型仓库的温度检测。本系统能克服以前仓库靠管理人员手动检查，测量和手工品计算仓库温度值的缺点，提高了仓库温度检测的速度和检测精度，可防止物品霉变事故的发生，同时也节省了大量的人力和物力，减轻了仓库管理的工作强度，提高了仓库管理强度，使仓库管理得到了安全可靠的保障。1.3 温度检测系统在国内外状况 国外：自70年代以来，由于工业控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法的推动下，国外温度调节系统发展
18、迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得的成果，在这方面，日本、美国、德国、瑞典等国走到了世界的前列，掌握了领先技术，并且都已经生产出一批商品化的、性能优异的温度控制器和仪器仪表，在各个行业应用，它们主要共有如下特点：7.适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。8.能够适应于控制系统数学难以建立的温度控制系统的控制。9.能够适应于受控制系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制10.温度控制系统具有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。11.温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能控制等理及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广。12.普遍控制器既有参数
19、自定功能。目前，外国温度控制系统及仪表正朝、智能化、小型便携化等方面发展国内：我国对模糊控制理论的研究与应用起步比较晚，虽然发展很快，在各个领域取得了许多有影响的成果。诸如在模糊控制，模糊聚类分析、模糊图像处理、模糊集合论、模糊模式识别发、等领域器的了不少有实际影响的成果。但是依然和外国发达国家技术有一定的差距，具体表现如下几个方面：4.行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研究能力不强，制约计算发展。5.产品以PID控制为主，智能化仪表少，这方面比外国差距较大。6.仪表控制关键技术、相关算法及控制软件方面的研究较国外滞后。随着我国经济的发展以及加入WTO以后。我给政府和企业也
20、逐渐认识到了这种差距，对此都非常重视，对相关企业资源进行重组，相继建立了一些国家，企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式组建了一批合资，合作及独资企业，是我国温度控制系统得到迅速发展，取得了惊人的成果。第二章 硬件系统的总体设计方案2.1 总体设计方案温度检测报警计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用AD590，A/D转换电路采用ADC0809,用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。图2.1总体设计方框图单元模块功能如下：自动报警主机的核心器件是单片机，它是整个系统的心脏，由它来接受报警信号并控制协调各功能模块的正常工作，考虑到系统的
21、功能和经济性因素，采用的是AT89C51.报警电路蜂鸣器来发出声响来报警。A/D转换电路对信号采集的速度要求不高，故可以采用价格低的8位逐次逼近式A/D转换器ADC0809.测温电路采用的AD590，是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易于与未处理器接口等优点，适合于各种温度测控系统。显示电路采用LED数码显示管。2.2 温度检测及参数2.2.1 温度检测 通过AD590传感器检测测量温度，通过AT89S51单片机进行控制，通过用8个LED数码管以串口传送数据实现温度显示。第一个显示位置，第2个显示-，后3位显示温度，精确到1度，测温范围
22、为0-100度。2.2.2 温度参数基本范围-0-100精度误差小于0.5LED数码直读显示可以任意设定温度的上下限报警功能2.3 A/D转换模块由于系统对信号采集的速度要求不高，故可以采用价格低的8位逐次逼近式A/D转换器ADC0809，该转换器转换速度为100us,它能把模拟电压值转化为8位二进制码，其转化公式如下：DX=VIN*256/VREF 我们这里设置VREF 等于5V，则DX 所对应的值就是八位二进制值。ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0：模拟量输入通道。ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址
23、状态送入地址锁存器中。START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C：地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。EOC：转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D
24、7D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc： +5V电源。 Vref：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=0.2.4 传感器我们使用AD590来采集外界的温度。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。2.4.1传感器的简介温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准
25、。可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器AD590.2.4.2 AD590性能特点与内部结构AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它具有微型化、低功耗、高性能、
26、抗干扰能力强、易于与未处理器接口等优点，适合于各种温度测控系统。该器件将半导体温敏器件、A/D转化器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上，传感器直接输出的就是温度信号数字值。信号传输采用两芯（或三芯）电缆构成的单总线结构。一条单总线上可以挂接若干个数字温度传感器，每个传感器有一个唯一的地址码。微控制器通过对器件的寻址，就可以读取某个传感器的温度值，从而简化了信号采集系统的电路结构。它的主要特性如下： 1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K式中：流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。2、AD590的测温范围为-55+15
27、0。3、AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为710MW。 5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。 AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器,它会将温度转换为电流。其规格介绍如下： 温度每增加1,它会增加1A输出电流。 可量测范围-55至150。 供应电压范围+4V至30V。AD590的接脚图及零件符号如下图所示：AD590引脚图极限参数：电源正向电压 (V
28、+ to V-) +44V电源反向电压(V+ to V-) -20击穿电压(外壳 to V+ to V-) 最大结温 175注意事项：1.JA测量元件装在自由空气环境下2.不包括自热效应。 3.最大偏差25温度55和150之间循环。 4.条件+5伏，常数125 。 5.泄漏电流每10 。 6.机械应变对封装可能扰乱校准设备。 7.但不能保证测试。 8.-55保证测试在25和150。AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度(-273)为基准,每增加1,它会增加1A输出电流,因此在室温25时,其输出电流Io=(273+25)=298A。基本应用电路注意事项：Vo的值为Io乘上10
29、K,以室温25而言,输出值为2.98V(10K298A)量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。 2.4.3 应用电路分析 AD590温度传感器使用原理 1、AD590的输出电流I=（273+T）A（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V. 2、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V.3、接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）（V2-
30、V1）=T/10，如果现在为摄氏28，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。2.5 温度显示电路LED显示器是由发光二极管作为为显示字段的数码显示器件，图为一位LED显示器的外形和引脚图，其中七只发光二极管(ag七段)构成字型“8”，另外还有一只发光二极管dp作为小数点。 当显示器的某一段发光二极管通电时，该段发光，例如，使b、c、f、g这4段发光二极管通电，则显示字符“4”。数码管外形和引脚如图：2.6 单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除制度储存器（FPEROMFlash Programmable and Eras
31、able Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机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。2.6.1 AT89C51特性 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/
