基于51的温度报警器设计

目录

1 概述 (2)

1.1 研究背景 (2)

1.2 设计思想及基本功能 (2)

2 总体方案设计 (3)

2.1 方案选取 (3)

2.2 系统框图 (5)

2.3 总体方案设计 (6)

3 硬件电路设计 (6)

3.1 电源电路设计 (6)

3.2 晶振电路 (7)

3.3 复位电路 (7)

3.4 矩阵键盘电路 (8)

3.5 温度检测电路 (9)

3.6 液晶显示电路 (10)

3.7 蜂鸣器报警电路 (11)

4 系统软件设计 (12)

4.1 主程序软件设计 (12)

4.2 键盘扫描程序设计 (14)

4.3 温度上下限设定程序设计 (15)

4.4 延时程序设计 (16)

5系统调试 (16)

6总结 (18)

参考文献 (18)

附录1 系统原理图 (19)

附录2 程序清单 (20)

1 概述

1.1 研究背景

温度作为一种最基本的环境参数，和人们的安全、生活，工农业生产有着紧密的联系，因此在某些场合对温度进行检测，并且在温度超过期待范围后进行报警便显得尤为重要，对能实现温度检测并报警的装置的设计和研发也就有了特别的意义。

单片机作为一种微控制器，由于具有体积小，质量轻，功耗低，价格便宜，可靠性高，功能强大等特点，已经进入人们生活，工业生产的各个领域，现在很难在某个领域看不到单片机的痕迹。在智能仪表领域，由于单片机的上述优点，用单片机作为控制平台，结合不同类型的传感器，可以很容易地对温度，湿度，流量等物理量进行检测。

针对在日常生活和工业生产中对温度进行检测和监控的需求，本课题以AT89C51单片机为核心设计了一种温度报警器，它可以通过键盘对温度进行上下限设置，用液晶进行温度显示，并且在超出温度设定范围后发声报警。本设计也具有一定的扩展性，例如可以再加一个烟尘传感器和光电传感器，扩展为火灾报警器。

1.2 设计思想及基本功能

本课题对温度报警器进行设计时，在满足温度检测和报警功能的基础上，为了增加其应用的灵活性，采用了矩阵键盘电路，从而可以对温度报警范围进行设定，以适应对温度有检测需求的不同应用场合。为了增加人机交互性，采用了功耗低的字符型液晶显示汉字和温度。

该温度报警器具有以下基本功能：

（1）手动设定温度范围：该功能使用户可以根据不同场合设定温度报警范围，增强了该设计的应用性。

（2）温度采集：采用了数字温度传感器对现场温度在-55℃到+125℃范围内的应用场合进行温度采集。

（3）液晶显示：通过常用的液晶模块对当前温度传感器采集的温度进行显示。

（4）蜂鸣器报警：当温度传感器采集的温度不在设定范围内时，使蜂鸣器发

声，进行报警。

2 总体方案设计

2.1 方案选取

在用单片机作为控制核心进行仪器设计时，附加的外围模块选择范围是很宽的，在选用时要多加比较，从而做出最合理的设计。

（1）温度采集模块选择

方案一：非数字型温度传感器pt100,精度高，稳定性好，测量范围大；

方案二：数字型温度传感器DS18B20，体积小，精度高，抗干扰能力强，硬件开销低；

这两个方案都是在对温度进行检测时经常使用的，考虑到DS18B20的精度和测温范围对本设计已经足够，且在使用时不需要进行AD转换，硬件电路简单，所以本设计采用DS18B20作为温度检测模块。

（2）显示模块选择

方案一：三位数码管显示，数码管是单片机设计中常见的显示模块，可以显示0至9十个数字和小数点，价格便宜。

方案二：字符型液晶模块显示，液晶模块显示清晰，功耗低，可以显示数字，汉字，英文字符和某些特殊符号，人机交互性好。

考虑到使用数码管显示要占用大量的IO口引脚，且没有液晶显示内容丰富，所以本温度报警器采用液晶模块显示当前温度。

2.2 系统框图

系统框图如图2.1

图2.1 系统框图

2.3总体方案设计

本课题设计的温度报警器是在满足基本功能的基础上，尽可能的简化电路，增加人机交互性。在温度传感器选择时，为了避免大量的硬件设计，增加成本，选择了数字型温度传感器，从而不用在使用时进行AD转换，附加复杂的信号调理电路；在液晶模块选择时，考虑到单片机IO口的利用率，舍弃了需占用大量IO 口并行传输的1602，选择了可以进行串行传输的12864；在报警方式选择时，舍弃了液晶显示闪烁报警，选择了更能引起用户注意的蜂鸣器发声报警方式。

3 硬件电路设计

3.1 电源电路设计

51单片机，温度传感器DS18B20，12864液晶模块所需正常的工作电压是5V，因此设计的电源应能够提供5V直流电，图3.1是设计的电源电路图。在该电源电路中使用了三端集成稳压芯片L M7805，可以输出5V直流电压。

T1

TR

~220V 图3.1 电源电路图

3.2 晶振电路

电路中的晶振就是石英晶体震荡器。石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器常用来产生基准频率的。此外它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。

图3.2是设计的单片机晶振电路。片内电路与片外器件构成一个时钟产生电路，晶振频率一般多在1.2MHz ～24MHz 之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF ～100pF 之间选取，一般为30pF 左右。本电路选用的电容为33pF ，晶振频率为12MHz 。时钟周期为1us 。

图3.2 单片机晶振电路

3.3 复位电路

复位电路的主要功能是使单片机进行初始化，在初始化的过程中需要在复位引脚上加大于2个机器周期的高电平。复位后的单片机地址初始化为0000H ，然后单片机继续从0000H 单元开始执行程序。单片机复位有上电复位和手动复位