基于proteus地温度检测与报警地仿真研究计划.doc
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1、 苏州信息职业技术学院苏州信息职业技术学院毕业设计报告(论文)毕业设计报告(论文)系 别: 班 级: 学 生 姓 名: 学 生 学 号: 设计(论文)题目: 基于 Proteus 的温度检测 与报警的仿真设计 指 导 教 师: 起 讫 日 期: 2012.9.32012.11.16 苏州信息职业技术学院苏州信息职业技术学院毕业设计毕业设计(论文论文)成绩评定表成绩评定表学生姓名系部学号课题名称基于 Proteus 的温度检测与报警的仿真设计指导教师评语:建议成绩: 指导教师: 年 月 日评阅教师评语:建议成绩: 评阅教师: 年 月 日答辩小组评语:建议成绩: 答辩小组负责人: 年 月 日苏州信
2、息职业技术学院苏州信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书专业学号姓名课题名称:基于 Proteus 的温度检测与报警的仿真设计主要技术指标: (1)温度测量工作范围:085; (2)检测分辨率1;(3)键盘是采用拨动开关,实现温度设定范围为:085; (4)给定温度用 1 位 LCD 用动态或静态扫描技术显示; (5)实际温度用 1 位 LCD 用动态或静态扫描技术显示; (6)当温度超出设温度置时蜂鸣器进行自动报警。工作内容和要求: (1)阅相关资料熟悉温度控制与报警器相关知识,进行方案设计; (2)根据设计方案进行电路设计并绘制出相应电原理图; (3)根据硬件设计程序
3、; (4)通过 Proteus 软件对设计方案进行电路功能仿真调试; (5)根据设计,完成毕业论文; (6)准备答辩.主要参考文献:1 曾屹,彭楚武单片机原理与应用S 中南大学出版社,2009:18-327.2 楼然苗,李光飞单片机课程设计指导M 北京航空航天大学出版社,2007:55-73.3 周润景,张丽娜基于 Proteus 的电路及单片机系统设计与仿真M 北京航空航天大学出版社,2006:3-336 4 周润景,刘映群Proteus 入门实用教程M 机械工业出版社,2007:267-3325 张永枫单片机应用实训教程S.西安电子科技大学出版社,2005:107-2676 肖洪兵,胡辉,
4、郭速学跟我学单片机S 北京航空航天大学出版社,2002:192-218.学 生(签名) 2012 年 9 月 10 日指 导 教师(签名) 2012 年 9 月 10 日教研室主任(签名) 2012 年 9 月 10 日系 主 任(签名) 2012 年 9 月 10 日苏州信息职业技术学院苏州信息职业技术学院毕业设计(论文)开题报告毕业设计(论文)开题报告专业学号姓名设计(论文)题目基于 Proteus 的温度检测与报警的仿真设计1 选题的背景和意义:温度是一种最基本的环境参数,人民的生活环境与温度息息相关,因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义, 蔬菜的生长与温度息息相关,对于蔬菜大棚来说
5、,最重要的一个管理因素是温度控制。温度太低,蔬菜就会被冻死或则停止生长,所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。如果仅靠人工控制既耗人力,又容易发生错误。为此 ,在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温度自动控制系统,以控制蔬菜大棚温度,适应生产需要。 本文将介绍智能集成温度传感器 DS18B20 的结构特征及控制方法。以及用单片机 STC89C51 的编程实现温度测量。2. 课题研究的主要内容:本数字温度计设计采用美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种改进型智能温度传感器 DS18B20 作为检测元件,其温度值可以直接被读出来,通过核心器件单片机AT89C51 控制温度的
6、显示,用 1602LCD 液晶模块显示显示。温度检测与报警系统包括主控制器 AT89C51、温度传感器 DS18B20、报警电路、单片机复位电路及 LCD 液晶模块显示电路。本文是以单片机 AT89C51 为核心进行设计。通过DALLAS 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20 来实现环境温度的采集和 A/D 转换。其输出温度采用数字显示,用 LED 液晶显示以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。 、此温度计属于多功能温度计可以用来测量环境温度,还可以设置上下报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警。3.课题研究的方法论述: (1)查阅书籍,进行总体理论分析与设计。(2)硬件
7、设计(画出电路仿真图) 。(3)软件设计(运用 C 语言编写相关的程序) 。(4)用 PROTEUS 软件完成温度检测与报警控制软硬件调试。四、设计(论文)进度安排:时间(迄止)日期工作内容2012. 9.3 - 2012. 9.7查找资料确立选题2012. 9.8-2012.9.12完成开题报告2012.9.13-2012.10.25绘制原理图,编写程序2012.10.26-2012.11.13撰写论文2012.11.14毕业设计答辩2012.11.142012.11.18根据答辩小组和指导老师意见修改论文,力争在内容和格式上 符合毕业设计规范要求。五、指导教师意见:题目难度适中,设计目标明
8、确、方法得当,安排进度合理,允许开题。指导教师签名: 年 月 日六、系部意见同意开题系主任签名: 年 月 日苏州信息职业技术学院苏州信息职业技术学院毕业设计(论文)中期检查表毕业设计(论文)中期检查表学生姓名学号指导教师课题名称基于 Proteus 的温度检测与报警的仿真设计难易程度偏难适中偏易选题情况工作量较大适中较小任务书有无开题报告有无符合规范化的 要求外文翻译质量优良中差学习态度、出 勤情况好一般差工作进度快按计划进 行慢中期工作汇报 及解答问题情 况该学生了解设计内容的安排,仔细研究了设计方案,认真进行毕业课题仿真设计,并完成论文初稿,积极查阅资料,多次主动虚心求教,通过本次设计可以
9、看出该同学做事认真,积极投入,解答问题很有见解,对问题的分析比较透彻,课题正按计划进行。指导教师 年 月 日所在专业意见:继续进行系主任 年 月 日基于 Proteus 的温度检测与报警的仿真设计摘要:温度是与人们生活息息相关的环境参数,许多情况下都学要进行温度测量及报警,温度测量报警系统在现代日常生活.科研.工农生产中已经得到了越来越广泛的应用。所以对温度的测量报警方法及设备的研究也变得极其重要。随着人们生活的不断提高以及应对各种复杂测量环境的需要,我们对温度测量报警的要求也越来越高,利用单片机来实现这些控制无疑使人们追求的目标之一,它带给我们的方便时不可否定的,其中温度检测报警器就是一个典
10、型的例子。要为现代人工作,科研,生活,提供更好的设施,就需要从单片机技术入手,向数字化,智能化控制方向发展。本设计所介绍的温度报警器,可以设置上下限报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警。与传统温度测量系统相比,本设计中的数字温度测量报警系统具有很多前者没有的优点,如测温范围广而且准确,采用 LED 数字显示,读数方便等。关键词:单片机,温度检测,AT89C51,DS18B20目录目录1 绪 论 .11.1 课题背景 .12系统的具体设计.23 硬件电路设计 .33.1 单片机主控设计 .33.1.1 主要特性 .43.1.2 系统时钟电路 .53.1.3 复位电路.53.2 温度信号采集
11、设计 .63.2.1 DS18B20 的特性 .73.2.2 DS18B20 的测温原理 .83.2.3 DS18B20 与单片机接口电路 .93.4 按键电路设计 .113.5 报警电路设计.124 温度控制系统的软件设计 .124.1 主程序设计.134.3 温度采集设计 .144.4 温度显示设计 .164.5 按键开关设计 .174.6 温度处理及蜂鸣器报警设计.195 温度检测系统调试仿真 .19致 谢 .23附 录 .251 1 绪绪 论论1.11.1 课题背景课题背景随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用
12、已经渗透到电力、冶金、化工、建材、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同:产品的工艺不用,控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度忽然采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度、高速度的控制要求,如温度控制表温度接触器,其主要缺点是温度波动范围大,由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的,受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制,通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式。这些控制技术大
13、大的提高了控制精度,不但使控制变得简便,而且使产品的质量更好,降低了产品的成本,提高了生产效率。温度是一个永恒的话题和人们生活环境有着密切关系的物理量, 、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量,是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响,因此对温度的测量及控制至关重要。其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展,作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件,温度传感器的作用日显突出,已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具,其用途已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。尽管现在以微机为核心的可编
14、程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展,而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件,就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制,单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点,这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。2 2系统的具体设计系统的具体设计本系统的温度检测有两套方案,两种都能够对温度进行测量,第一中是采用AD590,使用 AD590 作为温度传感器,需要进行电流电压变换,电压放大以及 A/D转换。第二种是采用 DS18B20 作为
15、温度传感器进行温度测量。DS18B20 可以满足从-55 摄氏度到+125 摄氏度测量范围,在一秒内把温度转化成数字,测得的温度值的存储在两个八位的 RAM 中,单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度,使用方便。另外采用外加电源供电对 DS18B20 的 VDD 引脚供电。它的好处是无须 MOSFET,而且在温度转换期间总线可自由搭载其它器件。它试用于对性能要求不高成本严格控制的应用,是经济型产品。它具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小和使用方便等优点,得到广泛应用。因为 AD590 需要模拟转数字电路,精确度低,测温点数少对线阻有要求,电路繁多,成本也较高,故本系统采用方案二。在系统的
16、总体设计方案中,我们采用 AT89C51 单片机作为控制核心对温度传感器 DS18B20 控制,读取温度信号并进行计算处理,并送到液晶显示器LCD1602 显示。 按照系统设计功能的要求,温度检测计总体电路结构框图如图2.1 所示,确定系统由 4 个模块组成:单片机主控制模块、蜂鸣器报警模块、温度测量模块和液晶显示模块。AT89C51单片机最小系统按键设置温度LCD 显示报警电路DS18B20 传感器图 2.1 温度检测与报 警总体设计框图3 3 硬件电路设计硬件电路设计本课程设计的多点测温系统是以单片机和单总线数字温度传感器 DS18B20为核心,充分利用单片机优越的内部和外部资源及智能温度
17、传感器 DS18B20 的优越性能构成一个完备的测温系统,实现对温度的多点测量。整个系统由单片机控制,能够接收传感器的温度数据并显示出来,可以从键盘输入命令,系统根据命令,选择对应的温度传感器,并由驱动电路驱动温度显示。本课程设计了一种合理、可行的单片机监控软件,完成测量和显示的任务。由于单片机具有强大的运算和控制功能,使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点。 本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、声光报警电路等构成。3.13.1 单片机主控设计单片机主控设计主控制单元是单片机选用市场上常见的美国 ATMEL 公司的 AT89C51 作为控制元件,以下是一些 AT89
18、C51 的介绍,AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器,俗称单片机。AT89C51 是一种带 2K 字节闪存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 1000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,AT89C51 是
19、它的一种精简版本。AT89C 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。AT89C51 提供以下标准功能: 4k 字节 Flash 闪速存储器 ,128 字节内部 RAM,32 个 I/O 口线,两个 16 位定时/计数器,一个 5 向量两级中断结构,一个全双工 串行通信口,片内振荡器及 时钟电路。同时,AT89C51可降至 0Hz 的静态逻辑操作,并支持两种 软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作,但允许 RAM,定时/计数器,串行通信口及 中断系统中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.1.
20、1 主要特性-与 MCS-51 兼容 -4K 字节可编程闪烁存储器 -寿命:1000 写/擦循环 -数据保留时间:10 年 -全静态工作:0Hz-24MHz -三级程序存储器锁定 -1288 位内部 RAM -32 可编程 I/O 线 -两个 16 位定时器/计数器 -5 个中断源 -可编程串行通道 -低功耗的闲置和掉电模式 -片内振荡器和时钟电路3.1.2 系统时钟电路 单片机内部具有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器。通常在引脚XTALl 和 XTAL2 跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器,系统时钟电路结构如图 3.1 所示,可以根据情况选择 6MHz、8MHz 或 12MHz 等
21、频率的石英晶体,补偿电容通常选择 20-30pF 左右的瓷片电容。 图 3.1 时钟电路3.1.3 复位电路 单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下,在单片机运行期间,用按钮开关操作使单片机复位。复位电路结构如图 3.2 所示。上电自动复位通过电容 C3 充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻 R2 与 VCC 接通来实现。3.23.2 温度信号采集设计温度信号采集设计 如图 3.3 美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温
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- 基于 proteus 温度 检测 报警 仿真 研究 计划
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