基于单片机的温度测量和报警系统的设计.doc

1绪论 1.1设计背景 温度采集系统的开发在很大意义上提高了生产生活的需要，是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，方便了生产中对温度的控制，有效的提高了生产质量。外围电路比较简单，测量精度较高，分辨力高，使用方便。温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。本次课程设计正是为了完成温度采集而设计的，可以说与人们的日常生活是息息相关的，具有很大的现实意义。 现代工业设计及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求及其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，温度控制器可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化时人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产、生活【2】。 1.2设计要求 设计基于单片机的温度控制器，用于显示实时温度，并且当温度值超出系统设定的范围值时，电路要有报警的功能。具体要求如下： （1）温度测量范围：0—100℃ （2）具有超出上下限报警功能 （3）精度：0.1℃ （4）利用数码管显示温度值 1.3设计任务 本设计以单片机为核心的温度控制器，在该设计中采用高精度的温度传感器对温度进行实时精确测量，用超低温漂移高精度运算放大器OP07将温度-电压信号进行放大，再送入12位的A/D转换器进行A/D转换以便于单片机进行处理，最后通过四位LED数码管实时显示，并有越限声光报警电路，从而实现自动检测报警【3】。 2系统总体方案设计 2.1系统总体设计框图及其说明 图2.1 系统流程框图 工作原理：在导线中输出利用传感器接收的电压信号，经过运算放大器后实现A/D(模拟量转换为数字量)转换，输入至CPU也即单片机与系统自设温度值比较并输出显示实时温度值，如果高于系统自设值，则发出一个接通报警电路的信号报警，具体流程图如图2.1。 2.2系统芯片及其元器件的选择 2.2.1 单片机AT89S51 图2.2 AT89S51芯片 AT89S51 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案【7】。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 ATMEL 公司的 AT89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 AT89S51芯片内含有4 kB的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 0～24 MHz 。在系统中，其功能是实现温度的数字值采集，完成温度的数字采集值到对应数字温度的转换计算，并把计算的数字温度转换相应的显示段码，控制LED显示器以动态扫描方式进行温度显示【4】。 其主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 2个16位可编程定时/计数器 全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM 2个外部中断源 双数据寄存器指针 中断唤醒省电模式 3级加密位 设置空闲和省电功能 看门狗（WDT）电路软件 4.5-5.5V工作电压 时钟频率0-33MHz 表2-1 AT89S51功能特性 AT89S51管脚说明，如图2.3所示。 图2.3 PDIP封装的AT89S51管脚 VCC：电源电压输入端。 　　GND：电源地。 　　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