毕业设计(论文)-基于AT89S52单片机的智能温度检测系统的设计.doc
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1、I 智能温度检测系统的设计 摘 要 温度测量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。因此,能够确保快速、准确地测量温度的技术及装置普遍 受到各国的重视。近年来,利用数字式温度传感器以实现温度信息的检测已成为温度 检测技术的一种发展趋势。随着科学技术的发展,人们对温度检测的准确度和灵敏度 要求越来越高,并且对温度测量系统的智能化有一定的要求,譬如在温度达到允许的 最高限时实现报警。研制更灵敏、更可靠、更精确的温度检测系统越来越有必要。 本课题即以上述任务为出发点,拟设计一种智能温度检测系统。本系统大致可分 为中央处理单元、温度数据采集模块、时钟模块
2、、人机接口模块、串行通讯模块和报 警模块六部分。该系统基于 DS18B20 数字温度传感器,以 AT89S52 单片机为核心,用 数码管驱动及键盘控制芯片 CH452 驱动数码管。通过时钟芯片 DS1302,该系统具有时 钟功能。软件开发采用 C51 进行编程。该系统不仅能实时采集所测环境的温度值,将 其实时显示在数码管上,并且在温度达到所设定的最高限时进行报警。上位机通过串 行通讯与该系统相连,具有实时分析和存储数据的功能。 关键词:AT89S52,DS18B02,CH452,温度检测 II Intelligent Design Temperature Detection System AB
3、STRACT Temperature measurement of modern detection technology is an important part in ensuring product quality, energy conservation and production safety, and so plays a key role. Therefore, to ensure fast, accurate temperature measurement devices and technologies widely national attention. In recen
4、t years, the use of digital temperature sensors to achieve the temperature information testing temperature detection technology has become a trend. With the development of science and technology, people on the temperature detection accuracy and sensitivity increasingly demanding high and the tempera
5、ture measurement systems have a certain intelligence requirements, such as the temperature reached the maximum when the realization of the police. The development of more sensitive and more reliable, more accurate temperature detection system increasingly necessary. That is subject to the above task
6、s as the starting point, to design a smart temperature detection system. The system can be broadly classified into central processing units, temperature data acquisition module, the clock modules, human-computer interface module, serial communications module and alarm module six parts. The system is
7、 based on DS18B20 digital temperature sensor to AT89S52 microcontroller as the core, the digital drive and keyboard control of the digital chip CH452 drive. DS1302 chip clock through the system has clock. C51 use software development program. The system can not only collect real-time temperature mea
8、sured by the value of the environment, in fact, shows that in the digital pipe, and set the temperature reaches the maximum and minimum when the realization of police. PC via the serial communication with the system linked with real-time analysis and data storage functions. KEY WORDS: AT89S52,DS18B0
9、2,CH452,Temperature Detection III 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 1 绪论.1 1.1 本课题研究的目的及意义.1 1.2 温度测量的现状和发展历程.1 1.3 主要研究工作内容.3 2 系统总体方案及硬件电路设计.4 2.1 系统总体构成.4 2.1.1 各模块介绍.4 2.1.2 系统硬件设计总图.6 2.2 AT89S52 单片机的介绍.6 2.2.1 基本组成.6 2.2.2 引脚功能描述.8 2.3 数码管驱动及键盘控制芯片.11 2.3.1 CH452 芯片概述.11 2.3.2 CH452 的特点.12 2.3.3 封装及引脚12 2
10、.3.4 CH452 功能说明.14 2.3.5 操作命令.16 2.3.6 CH452 驱动数码管及键盘硬件接口.20 2.4 数字温度传感器.21 2.4.1 DS18B20 的性能特点21 2.4.2 DS18B20 的内部结构21 2.4.3 DS18B20 与 AT89S52 硬件接口设计.22 2.5 时钟芯片.23 2.5.1 DS1302 概述 .23 2.5.2 DS1302 芯片特性 .23 2.5.3 DS1302 的引脚和工作原理 .23 2.5.4 DS1302 与单片机连接 .25 2.6 串行通讯25 2.6.1 串行通讯基础25 2.6.2 MAX232 与单片
11、机的硬件接口.26 3 系统软件设计.28 3.1 系统软件的整体设计.28 3.2 模块化程序的设计.30 3.2.1 温度数据采集模块.30 3.2.2 时钟模块.32 3.2.3 数据参数显示模块.33 4 系统测试.35 4.1 初始界面测试.35 4.2 温度数据采集模块的测试.36 4.3 时钟模块的测试.36 IV 4.4 报警模块测试.37 5 总 结38 致 谢.39 参 考 文 献.40 附 录.41 智能温度检测系统的设计1 1 绪论 1.1 本课题研究的目的及意义 温度的测量是科研与生产中最常见的一类测量技术。有效地对温度进行测量可以 提高生产效率,提高产品质量,节能,
12、减轻工人劳动强度,使实际系统的工作品质得 到极大的改善。智能温度测量系统因性价比高,研制周期短而得到广泛应用。采用微 处理器构成的智能温度检测系统比使用分离元器件或集成电路器件构成的温度测量系 统功能更强大、结构更灵活、性能更可靠、运行更稳定,已成为温度测量系统的首选。 本课题以此为出发点,设计了一种智能温度检测系统。该系统不仅能实时采集所 测环境的温度值,将其显示在数码管上,而且在温度达到所设定的最高限时进行报警, 同时能够切换显示实时日期时间,并能够通过串行通讯接口与上位机相连,在上位机 上对数据进行分析和记录。 1.2 温度测量的现状和发展历程 随着国内外工业的日益发展,温度检测技术也不
13、断进步,目前温度测量的方法种 类繁多,应用范围也较广泛,大致包括以下几种方法。 (1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计 利用此原理制成的温度计大致分成三大类: a)玻璃温度计,它是利用玻璃感温包内的测温物质(水银、酒精、甲苯、煤油等) 受热膨胀、遇冷收缩的原理进行温度测量的。 b)双金属温度计,它是采用膨胀系数不同的两种金属牢固粘合在一起制成的双金 属片作为感温元件,当温度变化时,一端固定的双金属片,由于两种金属膨胀系数不 同而产生弯曲,自由端的位移通过传动机构带动指针指示出相应温度。 c)压力式温度计,它是由感温物质(氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低沸点 液体如氯甲烷、氯乙烷等)随温度变化
14、,压力发生相应变化,用弹簧管压力表测出它 的压力值,经换算得出被测物质的温。 (2)利用热电效应技术制成的温度检测元件 利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早,比较成熟,至 今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度 高、热惯性小等特点。常用的热电偶有以下几种: a)镍铬-镍硅,型号为 WRN,分度号为 K ,测温范围 01000 ,短期可测 1200 。 b)镍铬-康铜,型号 WRK,分度号为 F ,测温范围 0600 ,短期可测 800。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书)2 c)铂锗-铂,型号为 WRP ,分度号为 S ,在 1300 以
15、下的温度可长期使用, 短期可测 1600 。 d)铂锗 30-铂锗 6,型号为 WRR,分度号为 B ,侧温范围 3001600 ,短期 可测 1800 。 其他还有非常用的热电偶。 (3)利用热辐射原理制成的高温计 热辐射高温计通常分为两种:一种是单色辐射高温计,一般称光学高温计:另一 种是全辐射高温计,它的原理是物体受热辐射后,视物体本身的性质,能将其吸收、 透过或反射。而受热物体放出的辐射能的多少,与它的温度有一定的关系热辐射式 高温计就是根据这种热辐射原理制成的。 (4)正在研究的温度检测技术 近年来,在温度检测技术领域,多种新的检测原理与技术的开发应用,己取得了 重大进展。新一代温度
16、检测元件正在不断出现和完善化。 a)晶体管温度检测元件 半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金 属大 1-2 个数量级,二极管和三极管的 PN 结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上 述测温原理已研制了各种温度检测元件。 b)集成电路温度检测元件 利用硅晶体管基极-发射极间电压与温度关系(即半导体 PN 结的温度特性)进行 温度检测,并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体,封装于小型管壳内, 即构成了集成电路温度检测元件。目前,国内外也进行了生产。 c)核磁共振温度检测器 所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时,当与静磁场垂直方向 加以电磁波,
17、会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而减少 的原理研制成的温度检测器,称为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高,可以 测盘出千分之一开尔文,而且输出的频率信号适于数字化运算处理,故是一种性能十 分良好的温度检测器。在常温下,可作理想的标准温度计之用。 d)石英晶体温度检测器 石英晶体温度检测器采用 LC 或 Y 型切割的石英晶片的共振频率随温度变化的 特性来制作的它利用 uP 技术,自动补偿石英晶片的非线性,测量精度较高,一般 可检测到 0.001 ,所以可作标准检测之用。 e)光纤温度检测器 光纤温度检测器是目前光纤传感器中发展较快的一种,已开发了开关式温度检测 器、辐
18、射式温度检测器等多种实用型的品种。它是利用双折射光纤的传输光信号滞后 量随温度变化的原理制成的双折射光纤温度检测器,检测精度在上 1 以内,测温范 智能温度检测系统的设计3 围可以从绝对 02000 。 f)激光温度检测器 激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度侧量用氮氖激光源的激光作反 射计可测得很高的温度,精度达 l % ;用光干涉和散射原理制作的温度检测器可测全 更高的温度,上限可达 3000 ,专门用于核聚变研究,但在工业上应用还需进一步 开发和实验。 g)微波温度检测器 采用微波测温可以达到快速测最高温的目的。它是利用在不同温度下,温度与控 制电压成线性关系的原理制成的。这种检测
19、器的灵敏度为 250 KHZ/ ,精度为1 左右,检测范围为 201400 。 美国 Dallas 半导体公司推出了 1-Wire(单总线)接口协议,单总线技术与其它总 线不同,它采用单根信号线,既可传输时钟,又能传输数据,而且数据传输是双向的, 因此单总线技术具有线路简单,硬件开销少,成本低廉,便于总线扩展和维护等优点。 该公司所提供的单总线器件具有无需另附电源、在测试点直接将模拟信号数字化等特 点,一方面减少了系统环节,另一方面保证了系统的精度。同时各软件公司开发的可 视化软件开发工具,更是向着效率高、功能强大的方向努力,从而为获得良好的用户 界面奠定了基础。 1.3 主要研究工作内容 本
20、课题主要研究的内容是以单片机和 DS18B20 传感器为核心的智能温度检测系统, 该系统以单片机作主 CPU 实现温度检测、温度显示、声音报警等相关功能。运用所学 的 MCS-51 单片机实用接口和硬件设计、温度传感器技术、Protel 软件制图等课程所学 知识和对单片机 AT89S52、数码管驱动及键盘控制芯片 CH452、数字式温度传感器 DS18B20、涓流充电时钟芯片 DS1302 的资料的学习,设计一种智能温度检测系统的软 件和一套完整的温度检测系统的硬件电路,并利用画出的完整的系统电路图,安装调 试,以满足实际需求。学会以 C 语言为主要编程工具设计温度检测系统的软件,掌握 程序流
21、程图的编写,逐步掌握软硬件的开发、调试方法。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书)4 2 系统总体方案及硬件电路设计 2.1 系统总体构成 该系统大体上可以由六部分构成:一是中央处理单元,二是温度数据采集模块, 三是时钟模块,四是人机接口模块,五是串行通讯模块,六是报警模块。系统的结构 如图 2-1 所示。 图 2-1 系统结构图 2.1.1 各模块介绍 (1)中央处理单元 该部分为系统的核心部分,其余各个部分或者是数据要送入本部分处理,或者受 本部分的控制。其核心部件为一片 8 位的单片机,数据采集模块获得的数据需要送入 控制器分析处理,根据处理结果控制器给出相应的控制信号到其余各部分,实现温
22、度、 日期时间显示、参数设定与通讯。 单片机经过几十年的发展历程,目前的种类很多,根据运算的最高位数可分为 4 位机、8 位机和 16 位机等,根据指令的多少可以分为普通型和 RISC 型。目前通用的 单片机型号有通用的 51 系列单片及基于 RISC 的 PIC 系列单片机。 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 的 8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器,使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业 80C51 产品 指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。 中央处理单 元 时钟 模块 温度采 集模块
23、 人机接口 模块 串行 通讯 模块 报警 模块 智能温度检测系统的设计5 在单芯片上,拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash,使得 AT89S52 为众多嵌入 控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案。 (2)温度采集模块 该部分是系统的重要环节之一,温度采集模块的功能是完成温度数据的获取并将 其送入单片机加以处理。 温度传感器的种类很多,根据其输出方式及接口方式的不同,大体可以分为模拟 温度传感器和数字温度传感器。模拟温度传感器输出的模拟信号,必须经过专门的接 口电路(A/D 转换)转换成数字信号后才能由微处理器进行处理。数字温度传感器直 接输出数字信号,一般只需少量外部元器
24、件就可直接送至微处理器进行处理。 美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持单总线 接口的温度传感器。单总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络, 为测量系统的构建引入全新概念。新一代的 DS18B20 体积更小、更经济、更灵活, 而且由于芯片送出的温度信号是数字信号,因此省去了外部 A/D 转换,简化了硬件电 路。 (3)时钟模块 该部分为系统提供实时日期时间显示。美国 Dallas 公司推出的串行接口实时时钟 芯片 DS1302 可对时钟芯片备份电池进行涓流充电。由于该芯片具有体积小、功耗低、 接口容易、占用 CPU 的 I/O 口少等主
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