基于单片机的多路温度检测报警系统Word下载.doc
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3.5电路总图-------------------------------------------------------------------------------------------------------------10
4软件程序设计-----------------------------------------------------------------------------------------------------------12
4.1主程序设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------12
4.2程序---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------13
5电路板设计---------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
5.1设计过程与成果---------------------------------------------------------------------------------------------------17
5.2实验数据分析------------------------------------------------------------------------------------------------------21
6结论----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------22
参考文献------------------------------------------------------------------------------------23
致谢---------------------------------------------------------------------------------------------24
基于单片机的多路温度检测报警系统24
1绪论
温度的检测在各个不同的领域都有着不同的发展方向,而且都已经有了诸多较为成熟的技术。
例如,农业上土壤各个层面上的温度将会对植物的生长造成影响;
在医院的监护中用到的温度计[1]。
在工业中,对于料桶里外上限温度要求不一,热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能相当重要。
现代电子工业的快速发展对自动检测的要求也越来越高。
采用单片机对温度进行检测和控制,不仅具有控制方便和组态简单的特点,而且可以提高被控量的技术指标[2]。
温度的控制在国民经济的各个部门中也有着十分广泛的应用。
在这些应用中,一些场合(比如烤烟)要求温度的变化要遵循一定的工艺曲线,这就要求相应的温度控制系统要能够随时获得温度信息并施行实时控制。
目前,该领域得到了相当广泛的关注,成为单片机领域的研究热点之一[3,4]。
通过归纳各种成型技术的研究来看,可以发现其技术的基础从小方面来说,大致可以分为四种。
(1)就温度的检测来说,需要对于传感器的较清认识。
就目前来说,温度传感器有四种主要类型:
热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。
IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型[5]。
(2)单片机。
单片机的使用有助于提高设计的精确度和准确度,简化结构,减小体积易于携带和使用,加速其向数字化,智能化,多功能化方向发展[6]。
而正是因为这一原因,使得其在本课题中得以发挥其优势。
(3)由于传感器输出的是模拟量,而单片机处理的是数字量,所以也需要A/D转换方面的知识。
由于微处理器和微型计算机在各种检测,控制和信号处理系统中的广泛应用,也促进了A/D,D/A转换技术的迅速发展[7]。
(4)显示输出的数码显示管和报警的发声装置。
数码管是一类显示屏,通过对其不同的管脚输入相对的电流会使其发亮,从而显示出数字,能够显示、时间、日期、温度、等所有可用数字表示的参数,由于它的价格便宜、使用简单,在电器特别是家电领域应用极为广泛,空调、热水器、冰箱、等等。
由此可以得出设计一款既能够固定显示8路中任一路的实时温度,又具有循环检测显示8路温度,同时还能对8路设定不同的报警温度的温度控制报警系统的设计轮廓。
2系统设计
通过资料的检索和对于设计任务的理解,明确了系统的大致作用和原理。
其大致分为6个部分。
一是负责温度检测的温度传感器部分,二是将温度传感器得到的模拟量转变为数据量的模数转换部分,三是负责温度显示的数码管部分,四是负责报警并显示实时温度的部分,五是控制的选择开关部分,六是将这些功能综合控制的单片机核心。
系统原理框图如图1所示。
图2-1系统的原理框图
2.1温度传感器
温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关。
温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。
温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。
从17世纪初人们开始利用温度进行测量。
在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。
与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。
两种不同材质的导体,如在某点互相连接在一起,对这个连接点加热,在它们不加热的部位就会出现电位差。
这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关,和这两种导体的材质有关。
这种现象可以在很宽的温度范围内出现,如果精确测量这个电位差,再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。
由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为“热电偶”。
不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也各不相同。
热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时,输出电位差的变化量。
对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在5~40微伏/℃之间。
热电偶传感器有自己的优点和缺陷,它灵敏度比较低,容易受到环境干扰信号的影响,也容易受到前置放大器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化。
由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关,用非常细的材料也能够做成温度传感器。
也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性,这种细微的测温元件有极高的响应速度,可以测量快速变化的过程。
温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种,现代的温度传感器外形非常得小,这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中,也为我们的生活提供了无数的便利和功能。
温度传感器有四种主要类型:
IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。
本系统利用温度传感器AD590采集温度,通过外接电路将电流信号转换为电压信号。
2.2模数转换
模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换,与数/模(D/A)转换相反,是将连续的模拟量(如象元的灰阶、电压、电流等)通过取样转换成离散的数字量。
例如,对图象扫描后,形成象元列阵,把每个象元的亮度(灰阶)转换成相应的数字表示,即经模/数转换后,构成数字图象。
通常有电子式的模/数转换和机电式模/数转换二种。
在遥感中常用于图象的传输,存贮以及将图象形式转换成数字形式的处理。
例如:
图像的数字化等。
信号数字化是对原始信号进行数字近似,它需要用一个时钟和一个模数转换器来实现。
所谓数字近似是指以N-bit的数字信号代码来量化表示原始信号,这种量化以bit位单位,可以精细到1/2^N。
时钟决定信号波形的采样速度和模数转换器的变换速率。
转换精度可以做到24bit,而采样频率也有可能高达1GHz,但两者不可能同时做到。
通常数字位数越多,装置的速度就越慢。
模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。
在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样。
通常采样脉冲的宽度是很短的,故采样输出是断续的窄脉冲。
要把一个采样输出信号数字化,需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间,这就是保持过程。
量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号,量化的主要问题就是量化误差。
假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的,则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。
编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。
这些过程有些是合并进行的,例如,采样和保持就利用一个电路连续完成,量化和编码也是在转换过程中同时实现的,且所用时间又是保持时间的一部分。
本系统利用模数转换芯片ADC0809在单片机AT89C51的控制下针对所定一路的模拟信号进行转换。
2.3单片机
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
本系统利用AT89C51对整个系统进行控制。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁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100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。
管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
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。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
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。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2.4数码显示
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。
。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。
数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。
静态显示驱动:
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。
静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多,如驱动5个数码管静态显示则需要5×
8=40根I/O端口来驱动,要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢:
),实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。
动态显示驱动:
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。
在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为1~2ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低。
主要参数
8字高度:
8字上沿与下沿的距离。
比外型高度小。
通常用英寸来表示。
范围一般为0.25-20英寸。
长*宽*高:
长——数码管正放时,水平方向的长度;
宽——数码管正放时,垂直方向上的长度;
高——数码管的厚度。
时钟点:
四位数码管中,第二位8与第三位8字中间的二个点。
一般用于显示时钟中的秒。
数码管使用的电流与电压电流:
静态时,推荐使用10-15mA;
动态时,16/1动态扫描时,平均电流为4-5mA,峰值电流50-60mA。
电压:
查引脚排布图,看一下每段的芯片数量是多少?
当红色时,使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数;
当绿色时,使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。
本系统使用动态显示驱动4位数码管显示温度部分,使用静态显示驱动显示路数。
3硬件电路设计
3.1电路的整体结构
电路的硬件电路由以下几个组成部分:
模拟采集电路,开关控制电路,LED数码显示电路,模数转换电路,单片机。
3.2模拟采集电路
温度传感器对整个系统的精确度非常重要,常用的温度传感器热电阻、热电偶,半导体集成型温度传感器。
本系统对传感器的测量精度线性度要求较高,且信号采集与处理电路的距离变化较大,采用的温度传感器为AD590,它是美国模拟器件公司生产的单片集成电路温度传感器。
具有如下优点[5]:
1)流过器件的电流(uA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数;
2)AD590的测温范围为-55℃~+150℃;
3)AD590的电源电压范围为4V~30V。
电源电压
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- 基于 单片机 温度 检测 报警 系统