溫報警器設計

1、溫度報警器設計學 院 專 業(yè) 電子信息工程班 級 學 籍 號 姓 名 指導教師 0000年00月00日目錄目錄II第1章緒論31.1溫度報警器概述31.2 溫度報警器發(fā)展前景31.3 本設計任務4第2章總體方案論證與設計52.1 方案論述52.2 總體硬件組成框圖5第3章系統(tǒng)硬件設計63.1 單片機63.2 溫度采集電路63.2.1 PT100溫度傳感器63.2.2 測溫電路73.3 A/D轉換電路73.3.1 ADC0801介紹73.3.2 A/D轉換電路工作原理83.4 溫度顯示電路8第4章系統(tǒng)軟件設計94.1 軟件設計思路94.2 主程序設計9第5章系統(tǒng)調試與測試結果分析105.1 使用

2、的儀器儀表105.2 系統(tǒng)調試105.2.1 硬件調試105.2.2 軟件調試105.2.3 硬件軟件聯(lián)調105.3 測試結果10附錄1 系統(tǒng)電路圖12附錄2 元器件清單13附錄3 程序清單14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(xiàn)代工農業(yè)技術的發(fā)展及人們對生活環(huán)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(yè)生產以及日常生活中：環(huán)境溫度檢測，機房溫度監(jiān)測及報警，蔬菜大棚、花窖、魚塘水溫監(jiān)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(jiān)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。1.1

3、 溫度報警器概述現(xiàn)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(xiàn)代化的樞紐，其安全工作已成為重中之重，機房內一旦發(fā)生故障，將導致整個系統(tǒng)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(fā)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(fā)生故障，而不能降溫；因此機房內所屬的電子產品發(fā)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(tǒng)癱瘓或產生火災，這時超溫報警系統(tǒng)就發(fā)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

4、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(fā)出報警聲，此時的發(fā)聲的報警裝置可以通過改變一些元器件的接法而發(fā)出不同的聲音。為了增加實用效果,特添加由共陽極雙色發(fā)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。1.2 溫度報警器發(fā)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(jù)統(tǒng)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(fā)生的事故。如果將本系統(tǒng)用于實際，可以有效遏制該類事故發(fā)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(fā)展前景。本產品在把一些連線以不同

5、的方式連接時，可以發(fā)出不同的報警聲。本產品克服了現(xiàn)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(chuàng)新點及應用前景如下：高靈敏度，高穩(wěn)定性，報警及時。本系統(tǒng)能具有高靈敏度和高穩(wěn)定性，得益于系統(tǒng)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(fā)展前景。1.3 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(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)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

6、生報警信號。本文分析了溫度傳感器的工作原理，系統(tǒng)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(shù)碼管來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)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(tǒng)軟件采用C語言實現(xiàn)，方便移植且開發(fā)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。2.1 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

7、電路的分壓也會發(fā)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(shù)轉換器能夠處理的范圍之內。經模數(shù)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(shù)碼管來實現(xiàn)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(tǒng)正確顯示溫度，當溫度超出這個范圍時系統(tǒng)在顯示溫度的同時發(fā)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

8、極管放大，由報警裝置發(fā)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。2.2 總體硬件組成框圖系統(tǒng)原理圖見圖2-1所示：溫度檢測AD0801模數(shù)轉換器AT89S52單片機LED顯示蜂鳴器繼電器圖2-1 溫度報警器系統(tǒng)第3章 系統(tǒng)硬件設計為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設計。硬件電路包括LED驅動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等三大模塊。3.1 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(wěn)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(jié)RO

9、M,256字節(jié)RAM，3個16位定時器/計數(shù)器等。AT89S52的管腳分配如圖3-1：圖3-1 AT89S52的管腳分配圖3.2 溫度采集電路 PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術參數(shù)如下：（1） 測量范圍：-200+850；（2） 允許偏差值：A級（0.15+0.002|t|），B級（0.30+0.005|t|）；（3） 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm；（4） 允通電流5mA因為PT100是將溫度轉換為電阻，而單片機處理的為數(shù)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。3.2.2 測

10、溫電路測溫的典型應用電路如圖3-2所示圖3-2 測溫電路測溫原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 構成測量電橋（其中 R1R2，VR2 為 100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 R3R4、R5R6、放大倍數(shù)R5/R3，運放采用單一 5V 供電。3.3 A/D轉換電路3.3.1 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(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機直

11、接口接。其主要引腳功能如下：（1）RD，WR：讀選通信號和選通信號（低電平有效）。（2）CLK：時鐘脈沖輸入端，上升有效。（3）DB0DB7是輸入信號。（4）CLKR：內部時鐘發(fā)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。（5）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。（6）WR：寫信號輸入，接受微機系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)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。（7）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(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。（8）CLK：

12、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MCS51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。3.3.2 A/D轉換電路工作原理ADC0801的A/D轉換結果輸出端DB0DB7與8051的相連。RD與AT89S52 RD相連，WR也是跟AT89S52 WR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

13、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(shù)完成轉換，轉換結果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時，INTR自動變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉換已結束。如CS、RD同時來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài) 。A/D轉換電路如圖3-3所示。圖3-3 A/D轉換電路圖3.4 溫度顯示電路LED數(shù)碼管顯示原理，共陰數(shù)碼管管腳分配如圖3-4所示：圖3-4 數(shù)碼管顯示原理第4章 系統(tǒng)軟件設計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設計中我們也才用了模塊化設計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植

14、性。4.1 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。4.2 主程序設計本系統(tǒng)中下位機（單片機89C51）的主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其主程序流程如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化啟動AD轉換讀取AD轉換的結果數(shù)碼管顯示判斷溫度蜂鳴器報警開始繼電器控制YN圖4-1 程序流程圖第5章 系統(tǒng)調試與測試結果分析5.1 使用的儀器儀表見附錄2。5.2 系統(tǒng)調試根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯(lián)調。由于在系統(tǒng)設計中采用模

15、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(shù)據(jù)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。5.2.1 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(xiàn)指定的功能。5.2.2 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。5.2.3 硬件軟件聯(lián)調將調試好的硬件和軟件進行聯(lián)調，主要調試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.3 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(shù)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(fā)出警報聲，若沒有超出就自然

16、顯示溫度。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(shù)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(fā)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(xiàn)，但是在仿真過程中還是發(fā)現(xiàn)了LED數(shù)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(shù)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

17、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keil uvision3聯(lián)調的方法，以及AD0801、AT89S52、測溫電路基本連接方法更培養(yǎng)了我更加細心、耐心的素質。附錄1 系統(tǒng)電路圖附錄2 元器件清單名稱數(shù)量單片機 AT89S521塊LED數(shù)碼管2支蜂鳴器1支繼電器1個三極管2支發(fā)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98電阻1個22PF電容2片150PF電容1片12M晶振1支二極管1支附錄3 程序清單#include #inc

18、lude #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit wr=P36; sbit rd=P37; sbit JRC=P31; sbit FM=P30; uchar data led4; unsigned char code tab = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /*1ms延時函數(shù)*/ delay(int t) int i,j; for(i=0;it;i+) for(j=0;j50;j+) ; void start() wr=1; wr=0; wr=

19、1; /* LED數(shù)碼管（顯示）功能子函數(shù)*/ void display(uint tvdata) uint k,temp; P2=0x00; k=tvdata%10; temp=tabk; P2=temp; delay(1); P1=0x00; k=tvdata/10; temp=tabk; P1=temp; delay(1); /*主函數(shù)開始*/ void main() uchar k,wendu; uint advalue; while(1) start(); k=k; k=k; rd=0; advalue=P0; rd=1; k=k; k=k; advalue=advalue*(1.9

20、4); switch(advalue) case 448: wendu=18;break; case 449: wendu=19;break; case 450: wendu=20;break;case 451: wendu=21;break; case 452: wendu=22;break; case 453: wendu=23;break; case 454: wendu=24;break; case 455: wendu=25;break; case 456: wendu=26;break; case 457: wendu=27;break; case 458: wendu=28;br

21、eak; case 459: wendu=29;break; case 460: wendu=30;break; case 461: wendu=31;break; case 462: wendu=32;break; case 463: wendu=33;break; case 464: wendu=34;break; case 465: wendu=35;break; case 466: wendu=36;break; case 467: wendu=37;break; case 468: wendu=38;break; case 469: wendu=39;break; case 470: wendu=40;break; case 471: wendu=41;break; case 472: wendu=42;break; case 473: wendu=43;break; case 474: wendu=44;break; case 475