基于单片机实现的水温测量仪报告.docx

基于单片机实现的水温测量仪报告.docx

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1.前言

随着人民生活水平的提高，生活质量在不断的改善。

在当今的现实生活中，温度的测量无处不在，水温的测量，气温的测量，工作环境的温度测量等等。

伴随着科学技术的发展以及智能仪器的应用日渐广泛，现在的温度测量已经脱离了以前那种方式，更多的是采用智能测量的方法。

智能仪器测量有着很多的优点，测量方便快捷，测量误差小，精度高，而且在测量不同环境的温度时可以通过对程序参数的修改达到目的,比以往的温度测量方法先进很多,也方便很多。

随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，温室环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的温度控制措施。

国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。

先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。

80年代末出现了分布式控制系统。

目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。

现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。

英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50km以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。

在国内，我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。

我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。

我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。

在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。

我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

本次设计使用单片机，液晶显示器件和温度传感器为主要器件，由温度采集电路，报警电路和单片机最小系统电路构成，温度传感器采集温度信号经过放大电路的处理送进单片机，然后通过单片机输出信号到液晶显示器显示温度。

当温度超过设定范围时，报警电路发出警报。

设计包括总体方案设计，单元模块设计，硬件电路的设计，软件设计，系统的调试。

电路结构简单，功能实现完整，电路的拓展空间大，在有需要的时候可以拓展到很多地方的温度测量，有着很宽广的应用前景。

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2.总体方案设计

2.1方案比较

2.1.1方案一

采用数字电路知识和温度传感器进行电路设计，温度传感器采集温度，经过放大电路的处理，将温度信号放大，再通过数码管显示具体温度值。

传

感

放

大

电

路

管

显

器采

电

路

处

理

示

温

集

放

度

温度

大

信

数

值

号

温

度

数

字

数

码

图2.1数字电路处理方案图

2.1.2方案二

利用单片机和温度传感器为主要器件，设计智能测温系统。

具体方案如下：

复位电路

单

液晶显示电路

片

机

时钟电路

AT89S52

报警电路

温度传感器

按键设置温度上下限

图2.2单片机电路方案图

2.2方案论证

2.2.1单片机温度测量系统的功能设计

系统要完成的设计功能如下：

◆实现对温度参数的实时采集，由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储，实现温度的智能测量。

◆实现超限数据的及时报警。

◆现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力并具有存储、远程通信功能。

◆通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。

◆长时间测量数据记录功能：

可以根据需要设置数据记录时间间隔，数据存入数据存储器。

◆监控计算机软件设计管理软件既要具有完成数据采集、处理的功能，其软件编程应具有功能强大、界面友好、便于操作和执行速度快等特点。

要求达到的技术指标：

测温范围：

-20℃—100℃测温精度：

正负0.5℃测温范围：

0—100%RH测温精度：

正负2.5%RH

2.2.2单片机温度测量系统的设计的原则

可靠性，高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。

提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：

使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波：

系统自诊断功能等。

操作维护方便，在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。

因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用操作内置或简化的方法。

同时系统应配有现场故障诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以便进行维修。

性价比，单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。

一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。

因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。

2.3方案选择

通过比较，采用单片机来设计温度测量电路比用数字电路设计更加方便，成本更小，操作维护更加方便。

单片机的性价比更高，功耗更小，测量的误差受温度变化的影响小。

此外，采用软件编程的方法，对环境温度改变时参数的改变更加方便，只需要修改程序中的相关参数就行，应用环境更加广泛。

因此，此次设计采用的是用单片机编程的方法来设计温度测量电路。

3单元模块的设计

3.1单片机电路

3.1.1AT89C52单片机管脚介绍

VCC ：

供电电压

GND ：

接地

P0 口：

Ｐ０口为一个８位漏极开路双向Ｉ／Ｏ口，没脚可吸收８ＴＴＬ门电路，当

Ｐ１口的电路第一次写１时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部数据存储器，它被定义数据/地址的第八位在flash编程时，P0口作为原码输入口，当flash进行校验时，

P0口输出原码，此时P0口外部必须拉高。

P1 口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出

4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故，在flash在编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2 口：

P2口为一个内不上拉的8双向I/O口，P2缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上啦的缘故。

P2口当用于外部程序存储或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3 口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口作为AT89c52的一些特殊功能口：

管脚 备选功能

P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（计时器0外部输入）

P3.5T1（计时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写通道）

P3.7/RD（外部数据存储器读通道）

REST ：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持REST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平哟公寓锁存地址的低位字节。

在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE断以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为震荡频率的1/6.因此他可以用作外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

没到那个用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如果想禁制ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，

ALE只有执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用，另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当/Ea保持高电平时，此间内部程序存储器。

在flash编程区间，此引脚也用于施加12V变成电源（VPP）。

XTAL1：

反向震荡放大器的输入及内部始终工作电路输入。

XTAL2：

来自反向振荡器。

3.1.2单片机最小系统设计

单片机与液晶显示器的连接采用的是P1口，如果采用P0口就必须加入上拉电阻，采用P1口就不需要加入上拉电阻，可以使电路更加简单明了。

如图3.1所示：

图3.1单片机电路

3.1.3时钟电路

时钟电路由12MHz的晶振和两个电容组成，用于产生单片机工作时所需的时钟控制信号。

石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：

普通晶体振荡（SPXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式晶体振荡（OCXO）。

目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡（DCXO）微机补偿晶体振荡器（MCXO）等等。

石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：

从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。

其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

石英晶体振荡器的应用如下：

（1）通用晶体振荡器，用于各种电路中，产生振荡频率。

（2）时钟脉冲用石英晶体谐振器，与其它元件配合产生标准脉冲信号，广泛用于数字电路中。

（3）微处理器用石英晶体谐振器。

（4）CTVVTR用石英晶体谐振器。

（5）钟表用石英晶体振荡器。

石英晶体振荡器工作原理如下:

计算机都有个计时电路，尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备，但它们实际上并不是通常意义的时钟，把它们称为计时器（timer）可能更恰当一点。