DS18B20温度报警器的设计

A B C D E F G Dp
U1
19 XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 19 1 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA 74LS245 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 18 17 16 15 14 13 12 11 A B C D E F G Dp 1 2 3 4 5 6 7 8
图 13 系统仿真效果图
（2）硬件设计 系统使用万能板，使用导线连接电路，焊接过程中确保电路连接可靠。程序 下载使用下载板。实物图如图 14 所示。
图 14 实物图
5.总结
6.参考文献
[1] 关增建,指南针理论在中国历史上的演变,自然科学史研究, 24(2),10-15,2005. [2] 刘玥.一种高精度电子罗盘的设计[J]. 应用科技,2011,38(2):42-46. [3] 龚长青,王清. 单片机控制系统的硬件抗干扰研究[J]. 科技信 息,2010,(5):98+92. [4] 胡修林,杨奇,用磁场传感器 KMZ52 设计的电子指南针,国外电子元器 件,8(3),44.46,2004. [5] 刘素,刘鲁源,韩尧松. 基于 KMZ52 的电子指南针设计[J]. 电子产品世 界,2005,(7):90-92+97. [6] 胡宁博,李剑,赵榉云,基于 HMC5883L 的电子罗盘设计,传感器世 界,11(6),35-38,2011. [7] 徐淑明. 7800 系列集成稳压电路的分析[J].丽水师范专科学校学 报,1999,05(2):14-15. [8] 林士伟,于军,孙陆梅.液晶显示器与单片机接口的设计[J].吉林化工学院学 报,2005,22(3):50-52. [9] 胡准庆,郭世勇,李广顺等.液晶显示器与单片机接口技术[J]. 电子工程 师,1999,(6):21-23. [10] 管志宁,地磁场与磁力勘探,地质出版社,2005.
图 2 电路原理图
1 2 3 4 5 6 7 8
U2
3 2 1 VCC DQ GND DS18B20 91.0
低: -20
显示电路由八位共阳型数码管组成；驱动电路采用 74LS245 驱动数码管显 示器；温度传感器采用 DS18B20 单线制温度传感器；声音报警电路使用蜂鸣器； 光电报警电路使用两路发光二极管实现高温、低温报警。 （1）显示电路 显示电路采用两个四位一体共阳型数码管组成，如图 3 所示。显示方式采用 动态扫描方式，驱动电路由 74LS245 提供驱动电流。P0 口送出数码管八位段选 码，位选码由 P2 口送出至 74LS245，74LS245 为数码管提供驱动电流。
1 2 3 4 5 6 7 8
U2
220，当运行中出现陷入死循环情况时，可按下按键重新实现复位操作，使系统 重新回到原来的状态。
XTAL2
C3
10uF
30pF 9 RST
R5
220
R1
Байду номын сангаас
1k
29 30 31
PSEN ALE EA
图 5 复位电路
（4）光电报警电路 光电报警电路如图 6 所示，高温、低温光电报警电路由两路发光二级电路组 成，当温度超限时，对应的控制引脚设置为低电平，发光二极管点亮指示，220 欧姆电阻起限流的作用。
2.硬件系统设计与分析
综合考虑系统成本，选用以下元器件组成电路，电路原理图如图 2 所示。
A B C D E F G Dp
C1
30pF
U1 X1
19 XTAL1 12M 18 XTAL2 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 2 3 4 5 6 7 8 9 19 1 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA 74LS245 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 18 17 16 15 14 13 12 11 A B C D E F G Dp 1 2 3 4 5 6 7 8
图 1 系统组成框图
温度传感器选用 DS18B20 一线制温度传感器，实现对温度信号的采集；微 控制器采用最常用的 AT89S51 系列单片机作为系统控制器，对温度传感器设置、 温度读取、温度数据的显示；蜂鸣器实现声音报警提示；报警灯采用两组发光二 极管电路实现高低温报警指示，当温度超限时，对应的报警灯发光。
C2 C3
10uF 30pF
9
RST
R5
220
R1
1k
29 30 31
PSEN ALE EA
R3
220
D1
高温报警
R4
220
D2
低温报警
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C51
R2 R6
10k
4.7k
本程序将报警温度设为高: 70
图 10 主程序流程图
（2）定时中断服务函数
由于控制器在读取温度，刷新显示缓冲区时计算量比较大，会影响显示器动 态扫描显示效果，按照刷新率大于 16Hz，八位显示器显示全部数码只用到其中 七位，因此每位数码管在位选送出显示代码后需要延时的时间计算公式（1） ：
t 1000ms 8ms 16* 7
P1.6 P1.7 AT89C51 P3.6/WR P3.7/RD 17
R6
10k
图 7 声音报警电路
（6）温度检测电路 温度检测电路采用最常用的单线制温度传感器 DS18B20 实现对温度的检 测，温度检测电路如图 8 所示。由单片机 P3.6 引脚接 DS18B20 数据线，实现控 制命令的写入，温度数据的读出。测温范围：-55℃~125℃，分辨率可以设置， 本设计能显示 0.1℃的温度变化。根据要求数据线接一个 4.7k 的上拉电阻。
R3
220 1 2 3 4 5 6 7 8
D1
高温报警
R4
220
D2
低温报警
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C51
图 6 光电报警电路
（5）声音报警电路 声音报警电路如图 7 所示，蜂鸣器采用有源蜂鸣器，当有电流驱动时发出报 警声音，单片机作为微控制器对外的驱动负载的能力有限，P3 口每个引脚对外 驱动电流最大仅为 8mA，因此通过 P3.7 引脚控制 PNP 型三极管 9012 的基极放 大，当 P3.7 为低电平时，三极管导通，蜂鸣器发声。
18
XTAL2
9
RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3
R2
图 3 显示电路
（2）时钟电路 时钟电路如图 4 所示，时钟电路是控制器必不可少的主要电路，系统主频采 用 12MHz 晶体振荡器，外加连个 30pF 瓷片电容，瓷片电容中间接地，瓷片电 容的作用是为了让晶振电路快速起振。 这三个元件配合内部已有的时钟电路为单 片机提供工作的振荡节拍信号。
C1
30pF
U1 X1
19 XTAL1 12M 18 XTAL2
C2 C3
30pF
图 4 时钟电路
（3）复位电路 复位电路如图 5 所示，单片机在开始运行程序前必须进行复位操作，复位的 作用使单片机内部的特殊功能寄存器 （SFR） 处于确定的状态为运行程序做准备， 在复位后端口为高电平。复位的条件是让 RST 复位引脚保持高电平至少 2 个机 器周期，当晶振为 12MHz 时，单个机器周期为 1us 时间，复位电路由 RC 电路 组成，复位过程即 RC 电路的充电过程，电解电容选用 10uF，R1 为 10k，R6 为
U1
19 XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 18
P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 13 14 15 16 17
R2 R5
1k 4.7k 3 2 1
U2
VCC DQ GND DS18B20 -8.0
图 8 温度检测电路
（7）微控制器电路 微控制器如图 9 所示，微控制器采用 Atmel 公司的 AT89C51 芯片，该芯片 具有成本低，下载方便等特点。针对本设计，内部 ROM 和 RAM 容量完全能够 满足系统要求。
河南工程学院 《单片机原理及应用》 课程设计
DS18B20 温度报警器的设计
学生姓名： 学 学 号： 院：
专业班级： 专业课程： 指导教师： 单片机原理及应用
2018 年 01 月 12 日
课程设计成绩评定标准及成绩
序号 1 评审项目 工作态度 指 标 满分 5 评分
遵守纪律， 学习认真； 作风严谨， 踏实肯干； 善于与他人合作。 按期圆满完成规定的任务， 难易程度和工作 量符合要求；完成硬件电路设计 10 分，完 成仿真调试 20 分。 全勤：10 分 有迟到、早退、请假现象：8 分 旷课 1 天：2 分 旷课 2 天及以上：0 分 控制要求详细，变化多样，能自主设计程序 实现自己的控制要求，想法独特。能灵活运 用相关专业知识，有较强的创新意识，有独 特见解，设计有一定应用价值。 动手能力强，能独立完成接线及编程工作， 能解决设计及实验过程中出现的问题。 注重团队合作，在小组中表现突出，对设计 方案的制定及选取起主要作用， 在实验操作 过程中，承担主要执行者。 报告结构严谨合理；文理通顺，技术用语准 确， 符合规范； 图表完备、 正确， 绘图准确、 符合国家标准； 。 总 分
XTAL2
9
RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C51
图 9 微控制器
3.软件系统分析与设计
（1）主程序 主程序对声光报警电路、温度传感器进行初始化，对定时器进行初始化开启 定时器中断。主循环读取温度数据，判断温度范围，若温度超限，声光报警电路 动作。主程序流程图如图 10 所示。
（1）
按照动态扫描的显示原理轮流读取显示缓冲区数据、位选、延时的顺序，显 示延时由定时器 T0 定时服务函数实现。定时中断函数的流程图如图 11 所示。
图 11 定时中断函数流程图
（3）DS18B20 主要函数 DS18B20 为常用的温度传感器，根据温度 DS18B20 的读写时序，有关 DS18B20 的函数有初始化函数、读取一个字节的数据、写一个字节的数据、读 取温度数据。DS18B20 主要函数流程图如图 12 所示。
a.初始化函数
b.读取一个字节
c.写一个字节
d.读取温度数据
图 12 DS18B20 主要函数流程图
4.仿真与调试
（1）软件仿真 本设计使用 Proteus 软件建立仿真原理图，在 Keil 开发环境下进行程序设计 生成.HEX 仿真文件， 通过 Proteus 观察程序运行结果。 仿真效果图如图 13 所示。
2
工作量
20
3
出勤情况
10 分
4
设计、实验 方案
30 分
5
实验技能
10 分
6
小组表现
5分
7
设计报告质 量
20 分
评语：
等
级： 职称： 2018 年 月 日
评阅人： 日期：
1.系统总体设计方案
温度报警器的系统组成如图 1 所示。 温度报警系统由： 温度传感器 DS18B20、 微控制器、数码管显示器、蜂鸣器和报警灯等主要电路组成。