智能温度报警器的设计

吉林建筑大学电气与电子信息工程学院传感器与检测技术课程设计报告设计题目：智能温度报警器的设计专业班级：信科121学生姓名：学号指导教师：王超、高晓红设计时间：2015.6.15－2015.6.26教师评语：成绩评阅教师日期成绩评阅教师日期目录第1章绪论.........................................................11.1智能温度报警器研究的背景和意义..................................11.2智能温度报警器的设计主要内容和要求..............................1第2章系统总体设计方案.............................................32.1总体方案设计图.................................................32.2系统工作模块及过程..............................................3第3章硬件电路设计..................................................53.1温度采集模块....................................................53.2液晶显示模块....................................................73.3电源模块........................................................83.4温度报警器模块..................................................93.5按键模块.......................................................103.6复位模块.......................................................103.7控制模块.......................................................11第4章系统软件设计.................................................144.1主程序流程图...................................................144.2温度读取转换流程图.............................................154.3温度计算流程图.................................................16总结...............................................................17参考文献...........................................................17附录1总电路图....................................................18附录2程序.........................................................19-1-第1章绪论1.1智能温度报警器研究的背景和意义温度是一个十分重要的物理量，对他的测量与控制有十分重要的意义，随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。本文通过采用压电陶瓷蜂鸣片作为电声元件的温度报警器的设计与制作，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，可操作性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为10——30ºＣ。当前环境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机发出报警信号并驱动继电器使风扇电机转动，从而防止因温度升高而带来的不必要的损失。现代社会是信息社会，随着安全化程度的日益提高，机房——作为现代化的枢纽，其安全工作已成为重中之重，机房内一旦发生故障，将导致整个系统瘫痪，造成巨大的损失很社会影响。造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾；静电产生高温或或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。由于现实生活中天然气泄漏、温度超限和失窃、加上以前通信网络的不完善，对于人们的生命财产有着很大的危害。现在随着通信技术和电子技术的飞速发展，电子信息技术与社会经济生活，生产的关系越来越密切，对社会经济的发展起着越来越大的作用。如果主任离开家去上班，家里失窃也不会知道。如果能实现远程报警，使报警器智能化，这将会给人们的生活带来极大的方便。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来说，总体发展水平还不够高。存在以下几点问题。(1)行业内企业规模小，较为分散，造成技术力量不够集中.(2)商品化产品以PID控制器为主，智能化仪表少，这方面同国外差距较大。目前，国内复杂的及精确度高的温控系统大多采用进口温度控制仪表。(3)仪表控制用关键技术。相关算法及控制软件方面的研发较国外落后。制参数多靠人工经验及现场调试来确定。随着我国经济不断进步，政府对此也非常重视。温度仪表工业得到迅速发展。1.2智能温度报警器的设计主要内容和要求(1)课程设计目的通过传感器与检测技术课程设计，使学生掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。(2)智能温度报警器的设计内容-2-设计一个基于单片机的温度检测、报警的系统，该系统能实时采集周围的温度信息进行显示，当温度超限时，可以报警。实现以下功能：①实时温度检测并显示其对应的值。②当温度超过预设范围时，可报警。③其他功能：可以设报警置温度上下限，根据应用环境不同可设定不同的报警上下限。(3)本次课程设计要求①掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。②独立设计原理图及相应的硬件电路。③设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。-3-第2章系统总体设计方案2.1总体方案设计图在很多单片机测温电路中，大都是使用温度传感器。测温范围广，精度高，且电路设计简单。其中温度传感器DS18B20体积小，精度高，经济实用，且容易直接读取被测温度，满足设计要求。本次设计采用控制器采用单片机AT89C51,可任意设定上下限温度报警功能；采用DS18B20作为温度传感器,测温范围为-50℃-110℃，误差小于0.5℃；用LCD液晶屏实现温度及时间日期显示。本设计的系统框图如图2.1所示。图2.1总体方案设计图2.2系统工作模块及过程（1）系统包含温度采集模块、显示模块、电源模块、报警模块、按键模块等几个部分组成。①温度采集模块用来采集实时温度。②显示模块用来显示温度，日期和时间。③按键用于设置温度的上下限报警。④电源模块对整个系统进行供电。⑤报警模块即当温度超过上下限时进行报警提醒。⑥复位电路进行单片机复位。（2）工作过程电源转换模块将电压转换供电，单片机控制中心进行命令。利用温度传感器DS18B20检测环境温度，通过按键在不同的应用环境设置不同的上下限温度，载由液晶显示器LCD1602显示实时温度和时间，当环境温度值不在所设的范围时，报警器发出报警提醒。同时设置复位电路，令单片机复位。单片机AT89C51单片机复位电路上下限报警液晶显示电源辅助电路温度传感器按键电路-4-第3章硬件电路设计3.1温度采集模块图3.1温度采集电路DS18B20主要特点温度采集模块采用温度传感器DS18B20测取温度信息，然后使用单片机与温度传感器进行通讯，读取温度信息。（1）DS18B20的主要特点如下：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℃，固有测温误差(注意，不是分辨率，这里之前是错误的)1℃。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:3.0~5.5V/DC(可以数据线寄生电源)。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不锈钢保护管直径Φ6。⑧适用于DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温。⑨标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2任选。⑩PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。（2）DS18B20引脚功能①DQ为数字信号输入/输出端;②GND为电源地;③VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。-5-（3）工作原理DS18B20的测温原理如图3.2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即所测温度。图3.2DS18B20的测温原理3.2液晶显示模块图3.3液晶显示电路-6-在温度报警器的工作过程中,系统需要对实时的温度和时间进行显示。使用液晶LCD1602显示器显示。（1）LCD1602液晶显示器主要特点①分表率高，显示质量好②数字式接口，设计简单，操作方便。③体积小，重量轻。④寿命长，功耗低。（2）引脚功能引脚分布图如图3.4所示1234567-1415图3.4LCD1602引脚图LCD1602采用标准的16脚接口各个接口引脚为：第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为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（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：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。第5脚：RW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。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。VSSVCCV0RSR\WEDB0-DB7BLABLK-7-3.3电源模块图3.5电源电路（1）模块组成①电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成12V的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副变电压确定。②整流电路：利用单向掉电元件，把59HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。③滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。④稳压电路：芯片7805稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网和负载的变化而变化。（2）工作原理系统仅需要单个5V稳压电源，所以需要将电压转化。采用三端稳压集成7805得到+5V的稳定电