温度报警器硬件设计.docx
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温度报警器硬件设计
温度报警器硬件设计
摘要
温度是一个十分重要的物理量,对它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。
温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。
本文从硬件和软件两方面介绍了基于AT89C51单片机的温度报警系统的设计思路,对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。
系统选用ADC0808转换器,仿真时利用可调电阻调节电压进行温度的输入量模拟,当温度低于30℃时,扬声器发出长“嘀”报警和绿光报警,当温度高于60℃时,发出短“嘀”报警和红光报警。
测量的温度范围在0~250℃,并能实时显示当前温度值。
关键词:
AT89C51单片机;温度检测;声光报警
1绪论
1.1课题背景
温度是一个十分重要的物理量,对它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。
温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。
日常生活中也可以见到,如电冰箱的自动制冷,空调器的自动控制等等。
在工业生产中,温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。
其中,温度是一个非常重要的过程变量。
例如:
在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域,都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行监控。
然而,用常规的监控方法,潜力是有限的,难以满足较高的性能要求。
采用单片机来对它们进行监控不仅具有监控方便、简单和灵活性大的优点,而且可以大幅度提高被测温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此,单片机对温度的监控问题是一个工业生产中经常会遇到的监控问题。
现代社会是信息化的社会,随着安全化程度的日益提高,而通过温度报警器及时报警,避免不必要的损失。
1.2本设计任务
设计一款基于AT89C51单片机的温度报警器。
利用可调电阻调节电压作为模拟温度的输入量,当温度低于30℃时,扬声器发出长
“嘀”报警和绿光报警,当温度高于60℃时,发出短“嘀”报警和红光报警。
测量的温度范围在0~250℃,并能实时显示当前温度值。
2温度报警器硬件设计
2.1系统总体框图
基于单片机的温度报警器系统总体框图如图2.1所示。
它分为以下几个模块:
单片机控制模块。
AD转换模块、报警模块、显示模块。
其中温度检测模块采用ADC0808转换器,仿真时采用滑动变阻器来代替其输出的电压信号。
显示模块采用动态数码显示管。
芯片作为显示屏,以显示实时检测到的温度信号。
报警模块分为扬声器声音报警和LED灯光报警两个部分,其中,当检测温度低于30℃时,扬声器发出长“嘀”报警和绿光报警,当温度高于60℃时,发出短“嘀”报警和红光报警。
利用单片机丰富的IO端口,及其控制的灵活性,实现基本的温度报警功能。
不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能,而且还可以方便的对系统进行升级。
具体电路参见“温度报警器总体电路图”。
图2.1单片机方案图
2.2单片机控制系统的设计
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.2.1单片机最小系统设计
⑴复位电路的设计
复位电路的功能:
本电路是采用上电自动复位,它是通过外部复位电路的电容充电来实现的,其电路如图2.2.1
(1)所示。
RST引脚是复位信号的输入端。
复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡脉冲周期(即两个机器周期)以上。
图2.2.1
(1)复位电路图
⑵振荡电路设计
在80C51芯片内部有一个高增益反响放大器,其输入端为引脚XTAL1,其输出端为引脚XTAL2。
只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚跨接晶体振荡器或在引脚与地之间加接微调电容,形成反馈电路,振荡器即可工作。
振荡器的结构和振荡电路原理图如图2.2.1
(2)所示。
﹙a﹚振荡器的结构﹙b﹚振荡电路工作原理
图2.2.1
(2)振荡器的结构和振荡电路原理
2.2.2单片机系统资源分配
XTAL1:
输入到振荡器的反响放大器。
XTAL2:
反方放大器的输出,输入到内部时钟发生器。
RST:
复位输入信号,高电平有效。
在RST上作用两个机器周期以上的高电平,将器件复位。
EA/:
片外程序存储器访问允许信号,低电平有效。
P1.0—P1.7:
分别接到ADC0808转换器的OUT1—OUT8。
P0.0—P0.7:
分别接到数码显示管的八个接口处。
P2.0—P2.7:
低四位接到数码显示管的字位输出端口。
高四位接到ADC0808转换器的四个接口处,位转换器提供时钟脉冲。
P3.0/PXD:
接高温报警灯。
P3.1/TXD:
接低温报警灯。
P3.7/RD/:
接报警喇叭。
2.3ADC0808转换器模块设计
图2.3
(1)ADC0808的结构框图
图2.3
(2)ADC0808的引脚图
各引脚功能说明如下:
IN0~IN7:
8路模拟输入端。
ALE:
地址锁存器允许信号输入端。
当它为高电平时,地址信号进入地址锁存器中。
CLOCK:
外部时钟输入端。
时钟频率典型值为640kHz,允许范围为10~1280kHz。
时频种频率降低时,A/D转换速度也降低。
START:
A/D转换信号输入端。
有效信号为一正脉冲。
在脉冲上升沿,A/D转换器内部寄存器均被清零,在其下降沿开始A/D转换。
EOC:
A/D转换结束信号。
在START信号上升沿之后0到(2μs+8个时钟周期)时间内,EOC变为低电平。
当A/D转换结束后,EOC立即输出一正阶跃信号,可用来作为A/D转换结束的查询信号或中断请求信号。
OE:
输出允许信号。
当OE输入高电平信号时,三态输出锁存器将A/D转换结果输出。
D0~D7:
数字量输出端。
D0为最低有效位(LSB),D7为最高有效位(MSB)。
3系统软件设计
3.1程序流程图设计
如图3.1所示
图3.1系统流程图
3.2系统主程序设计
LED_0EQU30H
LED_1EQU31H
LED_2EQU32H
ADCEQU35H
TCNTAEQU36H
TCNTBEQU37H
H_TEMPEQU38H;温度上限
L_TEMPEQU39H;温度下限
FLAGBIT00H
H_ALMBITP3.0
L_ALMBITP3.1
SOUNDBITP3.7
CLOCKBITP2.4
STBITP2.5
EOCBITP2.6
OEBITP2.7
ORG00H
SJMPSTART
ORG0BH
LJMPINT_T0
ORG1BH
LJMPINT_T1
START:
MOVLED_0,#00H
MOVLED_1,#00H
MOVLED_2,#00H
MOVDPTR,#TABLE
MOVH_TEMP,#60
MOVL_TEMP,#30
MOVTMOD,#12H
MOVTH0,#245
MOVTL0,#0
MOVTH1,#(65536-1000)/256
MOVTL1,#(65536-1000)%256
MOVIE,#8aH
CLRC
SETBTR0;为ADC0808提供时钟
WAIT:
SETBH_ALM
SETBL_ALM
CLRST
SETBST
CLRST;启动转换
JNBEOC,$
SETBOE
MOVADC,P1;读取AD转换结果
CLROE
MOVA,ADC
SUBBA,#30;判断是否低于下限
JCLALM
MOVA,H_TEMP
MOVR0,ADC
SUBBA,R0;判断是否高于上限
JCHALM
CLRTR1
LJMPPTOC
LALM:
;低温报警
CLRL_ALM
SETBTR1
CLRFLAG
LJMPPTOC
HALM:
;高温报警
CLRH_ALM
SETBTR1
SETBFLAG
LJMPPtOC
PTOC:
MOVA,ADC;数值转换
MOVB,#100
DIVAB
MOVLED_2,A
MOVA,B
MOVB,#10
DIVAB
MOVLED_1,A
MOVLED_0,B
LCALLDISP
SJMPWAIT
INT_T0:
CPLCLOCK;提供ADC0808时钟
RETI
INT_T1:
MOVTH1,#(65536-1000)/256
MOVTL1,#(65536-1000)%256
CPLSOUND
INCTCNTA
MOVA,TCNTA
JBFLAG,I1;判断是高温警报还是低温警报
CJNEA,#30,RETUNE;低温警报声
SJMPI2
I1:
CJNEA,#20,RETUNE;高温警报声
I2:
MOVTCNTA,#0
INCTCNTB
MOVA,TCNTB
CJNEA,#25,RETUNE
MOVTCNTA,#0
MOVTCNTB,#0
LCALLDELAY2
RETUNE:
RETI
DISP:
MOVA,LED_0;数码显示子程序
MOVCA,@A+DPTR
CLRP2.3
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP2.3
MOVA,LED_1
MOVCA,@A+DPTR
CLRP2.2
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP2.2
MOVA,LED_2
MOVCA,@A+DPTR
CLRP2.1
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP2.1
RET
DELAY:
MOVR6,#10
D1:
MOVR7,#250
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
RET
DELAY2:
MOVR5,#20
D2:
MOVR6,#20
D3:
MOVR7,#250
DJNZR7,$
DJNZR6,D3
DJNZR5,D2
RET
TABLE:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB6DH,7DH,07H,7FH,FH
END
4系统调试与测试结果分析
4.1仿真软件介绍
Proteus是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台;更是单片机系统先进的设计与仿真平台。
它真正实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的设计与仿真过程。
它得到了从事单片机事业的教师、工程技术人员以及众多的大学生和单片机技术爱好者的青睐。
基于Proteus的单片机虚拟开发环境有效的将理论与实验联系起来,在这个开发环境里面可以很好地将演示、硬件电路设计和软件设计结合起来,在教学和具体的工程项目中应用这个开发环境不但有助于提高效率,而且可以降低开发成本和风险。
Wave6000是一款功能强大的优秀的单片机程序编辑、调试、仿真中文Windows软件。
该软件可以配合硬件进行单片机的硬件仿真,也可以单独进行单片机的软件仿真。
利用该软件进行单片机软件的编辑调试和模拟仿真,结合一台写码器,就可进行低投入的单片机的开发工作。
4.2仿真过程
根据系统设计方案,本系统的调试共分为三大部分:
硬件调试,软件调试和软硬件联调。
由于在系统设计中采用模块设计法,所以方便对各电路模块功能进行逐级测试。
我先是把电路图画好,然后接着编写程序,再将所编写的程序调入电路图中,进行仿真。
经过多次调试,最终成功了。
4.3仿真结果说明
仿真图如下:
图
4.3
(1)大于30度小于60不报警不发光
图4.3
(2)小于30度时报警且蓝灯亮
图
4.3(3)小于60度大于30度不报警不发光
图
4.3(4)大于60度报警且红灯亮
4.4测试结果分析
该温度报警器在大于60度时报警并且发出红光,小于30度时报警且发出绿光。
测量的温度范围在0~250℃。
试验很成功。
结束语
这种温度报警器结构简单。
工作时,温度测量范围为0~250ºC。
当温度达到预定值时,立刻发出报警信号,从而防止因温度升高或过低而带来的不必要的损失。
通过本次课程设计,又使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使也深该体会到单片机技术应用领域的广泛,不仅使我对学过的单片机知识有了很多的巩固,同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。
在做本次课程设计的过程中,我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。
为了让自己的设计更加完善,查阅这方面的设计资料是十分必要的,同时也是必不可少的。
其次,我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源,其中包括:
AT89C51单片机及其引脚说明、ADC0808引脚图及其引脚功能等,为本次课程设计提供了一定的资料。
参考文献:
1《单片机中级教程》张俊谟主编北京航空航天大学出版社2006、10.
2《电子产品开发设计与制作》王俊峰主编北京人民邮电出版社.
3《数字电子技术基础》张克农主编高等教育出版社.2008.
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- 温度 报警器 硬件 设计