基于单片机的温度控制报警系统设计

基于单片机的温度控制报警系统设计内容摘要：

P）。 3 硬件电路设计 电源电路 工作原理： 220V 交流市电经过电源变压器变换成交流低电压，再经过桥式整流电路 D2～ D5 和滤波电容 C5 的整流和滤波，在三端稳压器 LM7805 的 Vin 和GND 两端形成一个并不十分稳定的直流电压 该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化。 此直流电压经过 LM7805 的稳压和 C7 的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。 本稳压电源可作为 TTL 电路或单片机电路的电源。 三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源的集成电路，其具有体积小、成本低、性能好、工作可靠、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。 电源电路图如图 31。 图 31 电源电路 LM7805 简介： LM7805 是一种常用的三端稳压器，一般使用的是 TO220 封装，能提供 DC 5V 的输出电压，应用范围极广，内含过流过热及调整 管的保护电路当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 图 32 LM7805 引脚图（管脚图） 温度传感器电路 DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。 耐磨耐碰，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 DS18B20 更受欢迎， DS18B20 的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关小制作不二的选择， 其技术性能描述为： ① 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 ②测温范围 － 55℃～ +125℃，固有测温分辨率 ℃。 ③支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 ④工作电源 : 3~5V/DC ⑤ 在使用中不需要任何外围元件 ⑥ 测量结果以 9~12 位数字量方式串行传送 ⑦ ⑧ 其外形如图 33 所示。 图 33 传感器外形图 DS18B20 温度检测与数字数据的传输集成于一个芯片之上。 其工作一个周期可以分为二个部分，即温度检测与数据处理。 18B20 有三种形态的存储资源，分别是 ROM， RAM， EEPROM。 ROM 只读存储器，共 64 位，用于存放 DS18B20ID 编码，其前八位是单线系列编码（ DS18B20 的编码是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后的八位是以上 56 位的 CRC（冗余校验码）。 其数据在出厂时设置，不由用户更改。 RAM 数据暂存器，用于数 据计算和数据存取，数据在掉电后消失，DS18B20 共 9 个字节的 RAM，每个字节为八位，第 1， 2 字节是温度转换后的数据值信息，第 3， 4 字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值的存储）的镜像。 在上电复位时，其值将被刷新。 第 5 个字节则是用户第 3 个 EEPROM 的镜像。 第 6， 7，8 个字节则是计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是温度转换、计算的暂存单元，第 9 个字节是前八个字节的 CRC 码。 EEPROM 是非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据。 DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 上都存在镜像，以方便用户操作。 我们在读温度之前都必须进行复杂的且精准的时序处理，因为 DS18B20硬件简单，从而导致软件的巨大开销，也是尽力减少有形资产化为无形资产的投入。 控制器对 DS18B20 的操作流程 : 1． DS18B20 进行复位，复位就是由控制器给 DS18B20 单总线至少 480us的低电平信号，当 DS18B20 接到此复位信号后，回发一个芯片的存在脉冲。 2． DS18B20 的数据通信，如果复位低电平的时间不足或是单总线断路都不会接收到存 在脉冲。 3． DS18B20 的就跳过 ROM 指令，此处并不是不发送 ROM 指令，而是用一条特有的一条“跳过指令”。 4． DS18B20 做什么样的工作，是芯片控制的关键。 5． 图 34 温度传感器电路 显示电路 1602 字符型 LCD 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2条线是背光电源线 引脚 符号 功 能 说 明 1 VSS 接 地 2 VDD 接 电 源 （ +5 V） 3 V0 液晶显示器对 比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度 RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器 R/W 为读写信号线，高电平 1 时进行读操作，低电平 0 时进行写操作 使 能 7 D0 双 向 数 据 总 线 双 向 数 据 总 线 双 向 数 据 总 线 双 向 数 据 总 线 双 向 数 据 总 线 双 向 数 据 总 线 双 向 数 据 总 线 双 向 数 据 总 线 背 光 电 源 正 极 背 光 电 源 负 极 本设计显示电路采用 1602 液晶显示，其电路图如下（图 35）： 图 35 显示电路 报警电路 报警电路采用简单的发光二极管与蜂鸣器组合电路，当温度超出上下门限值时，二极管发光，同时蜂鸣器鸣响。 其电路图如图 36： 图 36 报警电路 复位电路 本设计所用复位电路与其他单片机所用电路类似，为电容式复位，其电路图如下（图 37）： 图 37 复位电路 4 软件设计 系统的软件主要是采用 C 语言，对单片机进行编程实现各种功能。 当然，也可以采用汇编语言，但程序设计较麻烦，本设计采用 C 语言来编程，主程序对模块进行初始化，而后调用读温度、处理温度、显示、键盘，报警等模块。 用的是循环查询方式，来显示和调节温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量的当前温度值并负责调用各子程序 ,其程序流程如图41 系统程序流程图。 图 41 系统程序流程图 按键处理子程序 按键处理子程序主要是负责参数的设置，主程序每循环一次都要对按键进行扫描 ,判断是否有输入键按下则进行一系列的按键输入操作。 其程序流程 框图如图 42 所示。 否 是 否 是 否 是 否 是 否 是 图 42 温度转换流程图 5 系统调试及结论分析 单片机应用系统组装后，便可进行调试，其主要任务是排除硬件故障，并完善其硬件结构，试运行所设计的程序，一一排除程序错误之处，并优化程序的结构，使系统达到设计的期望值。 硬件调试 单片机应用系统的硬件和软件调试是交叉进行的，但通常是先排除明显的硬件故障，尤其是电源故障，才能安全地仿真，进行综合调试。 1．错线、开路、短路：由于设计错误和过程中的工艺性错 误所造成的错线、开路、短路等故障。 解决方法：在画原理图时仔细检查、校正即可解决。 2．元器件损坏：由于对元器件使用要求的不熟悉及制作调试过程中操作不当致使器件损坏。 解决方法：在设计过程中要明确各元器件的工作条件，严格按照制作要求进行操作，损坏的元器件要及时更换，以免影响电路功能的实现。 3．电源故障：设计中存。