主从式监控报警系统

成都信息工程学院电子工程学院
电子系统设计
总结报告
题目：主从式监控报警系统专业：电子信息科学与技术班级：
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目录
一、项目计划
1.1 方案可行性分析 (1)
1.1.1市场分析
1.1.2温度检测系统在国内的状况
1.1.3项目要求
1.2 项目执行计划 (2)
二、设计说明
2.1 总体方案设计 (3)
2.1.1单片机系统
2.1.2温度的检测
2.1.3显示部分
2.1.4 RS-232接口电路(串口通讯)
2.1.5其它部分电路
2.2 软件部分 (9)
2.2.1程序流程图
2.2.2部分源程序及注解
三、调试
3.1 调试方法及步骤 (12)
3.1.1 调试方法
3.1.2 问题
3.2 调试数据 (12)
四、总结
五、参考文献
六、附件（原理图 PCB图）
一、项目计划
1.1 方案可行性分析
·1.1.1市场分析
主从式温度监控报警系统在生活和生产中具有广泛的应用。

例如，在种植大棚蔬菜的过程中，需要对温度进行监控，使其保持在一个有利于生长的环境，如果超出范围则报警。

还有在粮食的储存、微生物的培育等很多领域需要对温度进行监控。

其能够有效可行的节约能源和提高生活质量，具有强大的吸引力。

用单片机设计一个温度监控报警系统，信号用无线传输，对温度进行检测，并且超温报警指示，要求成本低，可靠性高，适用范围广泛。

本系统能克服以前靠管理人员手动检查，测量温度值的缺点，提高了温度检测的速度和检测精度，同时也节省了大量的人力和物力，极大的提高了效率。

·1.1.2温度检测系统在国内外状况
国外：自70年代以来，由于工业控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法的推动下，国外温度调节系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得的成果，在这方面，日本、美国、德国、瑞典等国走到了世界的前列，掌握了领先技术，并且都已经生产出一批商品化的、性能优异的温度控制器和仪器仪表，在各个行业应用，它们主要共有如下特点：
1.适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。

2.能够适应于控制系统数学难以建立的温度控制系统的控制。

3.能够适应于受控制系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制
4.温度控制系统具有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。

5.温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能控制等理
及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广。

6.普遍控制器既有参数自定功能。

目前，外国温度控制系统及仪表正朝、智能化、小型便携化等方面发展，国内：我国对模糊控制理论的研究与应用起步比较晚，虽然发展很快，在各个领域取得了许多有影响的成果。

诸如在模糊控制，模糊聚类分析、模糊图像处理、模糊集合论、模糊模式识别发、等领域器的了不少有实际影响的成果。

但是依然和外国发达国家技术有一定的差距，具体表现如下几个方面：
1.行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研究能力不强，制约
计算发展。

2.产品以PID控制为主，智能化仪表少，这方面比外国差距较大。

3.仪表控制关键技术、相关算法及控制软件方面的研究较国外滞后。

但随着我国经济的发展以及加入WTO以后。

我给政府和企业也逐渐认识到了这种差距，对此都非常重视，对相关企业资源进行重组，相继建立了一些国家，企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式组建了一批合资，合作及独资企业，是我国温度控制系统得到迅速发展，取得了惊人的成果。

·1.1.3 项目要求
综合以上信息可以得到对于主从式温度监控报警系统要具有一下要求
主要功能：以单片机为从机对目标状态进行监测，将结果通过标准串行口传送通信给微机主机（可以通过单片机系统按键选择报警内容，通知上位机）显示PC机发送的控制字。

拓展功能：无报警时在单片机上显示PC机上的时间，分别是“年月”、“日时”、“分秒”、循环模式；报警时主机则以某种直观方式提示报警，并自动向下位机发控制字；设计PC与MCU之间的数据通信协议。

性能：主机从机接收数据显示测得的温度，并对其监控。

结构外观：对于所测得的温度误差较小，则要求其能忽略外部环境对其的影响。

1.2项目执行计划
第一阶段9月1到15号对设计任务分析，了解性能、指标、内容及要求，并且要充分理解题目的要求、每项指标的含义，查找相关的资料，做更深层次的了解。

第二阶段9月16-30号硬件系统电路的选择和完善。

利用对于同一个题目，实现的方案可能是多个，实现的途径和技术路线也可能是多方面的。

可以将不同的方案与途径加以对比。

从中选择一种方案来实现。

并着手构筑总体框图，将系统分解成若干个模块，明确每个模块的大体内容和任务、各模块之间的连接关系以及信号在各模块之间的流向等等。

最终画出原理图和绘制出PCB图。

第三阶段10月1号-15号编写程序并通过仿真软件进行仿真，一旦程序确定就进行电路焊接和对程序再进一步进行调试。

第四阶段10月20-11月完成并完善项目报告。

二、设计说明
2.1 总体设计方案
主从式温度监控报警系统电路设计总体设计方框图如下图所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用RS232来实现PC机和单片机之间的链接,采用的是5110液晶来实现温度显示和在不工作的时候显示时间。

其具体系统图如下所示。

图2-1系统框图
2.1.1 单片机系统：
图2-2 单片机最小系统图
51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况
下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。

设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。

计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。

在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。

当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。

由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。

当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。

单片机的系统图如2-1所示。

·2.1.2温度的检测
方案一: 采用热敏电阻，可满足40~90℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差,对于检测小于1℃的温度信号是不适用的。

方案二: 采用DS18B20温度传感器，其具有以下特点：DS18B20通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线），用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源，因为每个DS18B20都有一个独特的单片序号，所以多只DS18B20可以同时连接一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方，这一特性在HV AC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制方面非常有用。

DS18B20只有三个引脚，VCC,DQ,VDD.其与连接方式如图2-3所示：
图2-3 DS18B20
·2.1.3显示部分
采用的是5110，在无报警时在单片机上显示PC机上的时间，分别是“年月”、“日时”、“分秒”、循环模式；其是通过P0口输出。

其具有以下特征：单芯片LCD控制/驱动，48行，84列输出，显示数据RAM48*84位，外部复位输入引脚，串行界面最高4.0Mbits/S，COMS兼容输入，混合速率48，逻辑电压范围VDD到VSS,2.7V·3.3V,低功耗，适用于电池供电系统。

芯片集成
———LCD电压发生器（也可以使用外部电压供电）
------LCD偏执电压发生器
------振荡器不需要外接元件(也可以使用外部时钟）
显示电压范围VLCD到VSS
------6.0到8.5V LCD内部电压发生器（允许电压发生器）
------6.0到9.0V LCD外部电压供应(电压发生器关闭）
其管脚分布如图2-4所示:
图2-4 液晶管脚
·2.1.4 RS-232接口电路(串口通讯)
1、串口的电气特性：
1）RS-232串口通信最远距离是50英尺
2）RS232可做到双向传输，全双工通讯，最高传输速率20kbps
3）RS-232C上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称
逻辑1：-3 ～-15V
逻辑0：+3～+15V
2、串口引脚定义：
9芯信号方向来自缩写描述
1调制解调器CD载波检测2调制解调器RXD接收数据
3PC TXD发送数据
4PC DTR数据终端准备好
5GND信号地
6调制解调器DSR通讯设备准备好
7PC RTS请求发送
8调制解调器CTS允许发送
9调制解调器RI响铃指示器
3、串口部分的电路原理图
图2-5 串口部分的电路原理图
4、串口通信参数
a）波特率：RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

b）数据位：标准的值是5、7和8位，如何设置取决于你想传送的信息。

比如，标准的ASCII码是0～127（7位）；扩展的ASCII码是0～255（8位）。

c）停止位：用于表示单个包的最后一位，典型的值为1，1.5和2位。

由于数是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。

因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。

d）奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。

对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。

例
如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。

如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。

2.1.5其它部分电路
该系统是通过蜂鸣器来报警，通过三极管驱动来实现的。

当温度传感器所测得的温度超规定的范围后，通过三极管来驱动蜂鸣器，实现报警。

电路图如2-5所示。

该系统的电源是通过USB接口来实现的电路图如2-6所示
图2-6蜂鸣器报警图2-7 供电系统
2.2软件部分
2.2.1程序流程图:
2.2.2部分源程序及注解
//名称：程序初始化
//功能：外部中断的设置；定时器0的设置；开总中断；
void INT0_Time1_Init()
{
Temp_Data[4]=0;
sec = 0;
min = 0;
hour = 0;
time_index=0;
buzzer=1;
TMOD=0x21; //定时器T0方式1
TH0=(-10000)>>8; //10ms
TL0=-10000;
TR0=1; //启动T0
ET0=1; //允许T0中断
EA=1; //开总中断
resert();
tempchange(); //温度转换函数
}
//串口初始化
void init_serialcomm(void)
{
SCON = 0x72; // 方式1
TMOD |= 0x21; // 定时器1 工作方式2
PCON |= 0x80; // SMOD=1;
TH1 = -4; //fosc="11".0592MHz -2*11059200/12/32/14400 波特率14400 ES = 1 ; //允许串口收发中断
EA = 1; //允许系统中断
TR1 = 1; // 启动波特率发生器
}
//T0中断
void T0PRG(void) interrupt 1
{
TR0=0; //停止T0工作
time_index++;
if(time_index==50)
{
time_index=0;
sec++;
}
chang_BCD();//测温
times++;
if(times==200)
{
times=0;
temp_flag=2;
}
TH0=(-10000)>>8;
TL0=-10000;
TR0=1;
}
三、调试
3.1调试步骤及问题
3.1.1 调试方法
调试方法是主要是将程序下载到单片机，看程序是否能够达到相应的效果。

3.1.2 问题
1、在调试的过程中发现蜂鸣器的连接，在低电平响。

2、在向单片机发送时间时，刚开始出现时间不准，液晶显示程序接收不完整。

3.2调试结果
实现了题目的要求，以单片机为从机对目标状态进行的温度进行监测，结果通过标准串行口传送通信给微机主机，定时器定时测量每10ms一次，2s发送温度给PC机，报警的时候就发送控制字“1”。

显示PC机发送的控制字，可以输入除1以外的数字或符号。

无报警时在单片机上显示PC机上的年月日时分秒。

报警时主机则以某种直观方式提示报警，并自动向下位机发控制字，发送的控制字为“1”；设计PC与MCU之间的数据通信协议为当输入“/”时，向单片机发送年月日时分秒，输入为“%”发送控制字。

四、总结
通过这次实验，我们对以前所学知识有更深的理解以及了解在实际运用的过程中所要注意的问题，要注重细节，包括一些元件的选取，画PCB时连线和封装等，因为很小的错误就可能导致作品不能正常的工作或是不工作。

此外，通过这次试验，对于一个完整的系
统有了更深的认识，虽然我们只做了一个很小的系统。

而且通过这次试验，知道团队合作的重要性，一个团队不仅要分工明确各取所长还得齐心协力，发挥出各自的能力，是这次我们所做的主从式监控报警系统正常工作。

五、参考文献
（1）《电子系统设计》余小平编著2010
（2）《模拟电子技术基础》成都信息工程学院编著2010
（3）《微处理器与微计算机系统》郑郁正编著2009
六、附件
图2-2·原理电路图·
图2-3·原理PCB图·。