基于18B20温度报警系统毕业设计
摘要
温度的检测与控制是⼯业⽣产过程中⽐较典型的应⽤之⼀，随着传感器在⽣产和⽣活中的更加⼴泛的应⽤，利⽤新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发，本⽂设计了⼀种基于AT89C51的温度检测及报警系统。该系统将多个单总线温度传感器DS18B20并接在控制器的⼀个端⼝上，对各个传感器温度进⾏循环采集，将采集到的温度值与设定值进⾏⽐较，当超出设定的上限温度时，通过ISD1420语⾳电路给出语⾳提⽰及报警信号。⽂中给出了单根数据线上扩展多个温度传感器的设计⽅法，并给出了系统实现的硬件原理图及软件流程图。经实验测试表明，该系统测量精度⾼、抗⼲扰能⼒强、报警及时准确，具有⼀定的参考价值。该系统设计和布线简单，结构紧凑，体积⼩，重量轻，抗⼲扰能⼒强，性价⽐⾼，扩展⽅便，在⼤型仓库，⼯⼚，智能化建筑等领域的多点温度检测中有⼴阔的应⽤前景。 关键词：数字温度传感器；单总线；通信协议；DS18B20；AT89C2051；LED显⽰器；报警信号。
Based on the 18B20 temperature alarm system design
Abstract
Temperature detection and control of industrial production process, one of the more typical applications, with sensors in production and life is more widely used, using a new single-bus digital temperature sensor to achieve the test and control the temperature more rapidly development, this paper is designed based on AT89C51 temperature detection and alarm systems. The system will be more than a single-bus temperature sensor DS18B20 and connected to a port on the controller, the temperature sensors on each loop collection, the temperature will be collected to compare with the set value, when the temperature exceeds the upper limit set , through the ISD1420 voice circuit gives voice prompts and alarm signal. In this paper, a single data lines extend multiple temperature sensor design methods and gives the system implementation of hardware and software flow diagram. The experimental tests show that this high accuracy, strong anti-interference ability, alarm timely and accurate, with a certain reference value. The system design and layout simple and compact structure, small size, light weight, anti-jamming capability, cost-effective to expand convenience, in large warehouses, factories, construction and other areas of intelligent multi-point temperature measurement in a wide range of applications prospects.
Key words:digital temperature sensor; single bus; communication protocols;
at89s52最小系统DS18B20; AT89C2051; LED display; alarm signal.
⽬录
摘要 ...............................................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................................. II 第⼀章：绪论.. (1)
1.1：课题背景 (1)
1.2：温度检测与及报警系统的国内外状况 (1)
1.3：温度参数、温度检测和语⾳报警 (3)
1.3.1 温度参数 (3)
1.3.2 温度检测 (3)
精油与肌肤百度影音1.3.3 语⾳报警 (3)
第⼆章：系统总体设计⽅案 (4)
2.1单⽚机语⾳温度报警系统的总体设计 (4)
2.2系统的基本⼯作过程 (4)
第三章：单⽚机温度控制和语⾳报警系统硬件设计 (5)
3.1温度控制和报警主机 (5)
3.1.1主控制单⽚机 (5)
3.1.2 AT89S52特点 (5)
3.1.3 AT89S52主要功能特性： (6)
3.1.4 温度检测和报警主机硬件电路设计 (9) 3.1.5单⽚机及复位键控制模块 (10)
3.2语⾳电路 (11)
3.2.1 ISD1420芯⽚简述 (11)
3.2.2 芯⽚引脚介绍 (12)
3.2.3 芯⽚⼯作原理 (13)
3.2.4 芯⽚⼯作模式 (13)
3.2.5语⾳电路设计 (14)
3.3DS18B20芯⽚简介 (14)
3.3.1温度传感器的历史及简介 (14)
3.3.2 DS18B20性能特点与内部结构 (15) 3.3.3 DS18B20⼯作时序 (20)
3.3.4 DS18B20的操作协议 (22)
3.3.5 DS18B20序列号编码 (24)
3.3.6 DS18B20的测温原理 (24)
3.3.7 DS18B20的测温流程 (26)
3.3.8 DS18B20数据校验与纠错 (26)
3.3.9 DS18B20在测温系统中的应⽤ (28) 3.3.10测温系统的硬件⼯作原理 (28)
3.3.11 注意事项 (28)
第四章软件设计 (29)
4.1设计思路 (29)
4.2程序设计 (31)
4.2.1 主程序 (31)
起重机在线4.2.2 读出温度⼦程序 (31)
4.2.3温度转化命令⼦程序 (32)
4.2.4计算温度⼦程序 (32)
4.2.5显⽰数据刷新⼦程序 (33)
4.2.6 LED显⽰程序模块 (33)
第五章：系统调试 (34)
5.1硬件调试 (34)鞋帮
5.1.1 硬件静态的调试 (34)
5.1.2 系统硬件调试 (35)
5.2软件调试 (35)
5.3软硬联调 (35)
结论 (36)
致谢 (37)
参考⽂献 (38)
附录 (39)
第⼀章：绪论
1.1：课题背景
测量控制的作⽤是从⽣产现场中获取各种参数，运⽤科学计算的⽅法，综合各种先进技术，使每个⽣产环节都能够得到有效的控制，不但保证了⽣产的规范化、提⾼产品质量、降低成本，还确保了⽣产安全。所以，测量控制技术已经被⼴泛应⽤于炼油、化⼯、冶⾦、电⼒、电⼦、轻⼯和纺织等⾏业[1]。
随着单⽚机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、⾼效、经济等优点⼗分突出，所以其应⽤也⼗分⼴泛。单⽚机已经⽆处不在、与我们⽣活息息相关，并且渗透到⽣活的⽅⽅⾯⾯。
单⽚机的特点是体积较⼩，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加⼀些外围电路，就能够组成⼀个完整的⼩系统，单⽚机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强⼤的数据处理功能，通过使⽤⼀些科学的算法，可以获得很强的数据处理能⼒[2]。所以单⽚机在⼯业中应⽤中，可以极⼤地提⾼⼯业设备的智能化、数据处理能⼒和处理效率，⽽且单⽚机⽆需占⽤很⼤的空间。
随着温度检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使⽤的传感器，必须是能够将⾮电量转换成电量的传感器，⽬前常⽤的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其⾃⾝特性，都有它⾃⼰的应⽤领域。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相⽐，具有读数⽅便，测温范围⼴，测温准确，其输出温
度采⽤数字显⽰，主要⽤于对测温⽐较准确的场所，或科研实验室使⽤，该设计控制器使⽤单⽚机AT89S52，测温传感器使⽤DS18B20，⽤3位共阳极LED数码管以串⼝传送数据，实现温度显⽰，能准确达到以上要求。
1.2：温度检测与及报警系统的国内外状况
温度是⼀个⾮常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空⽓流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起⽣产安全、产品质量、产品产量等⼀系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越⼤。温度采集控制系统在⼯业⽣产、科学研究和⼈们的⽣活领域中，得到了⼴泛应⽤。在⼯业⽣产过程中，很多时候都需要对温度进⾏严格的监控，以使得⽣产能够顺利的进⾏，产品的质量才能够得到充分的保证。使⽤⾃动温度控制系统可以对⽣产环境的温度进⾏⾃动控制，保证⽣产的⾃动化、
智能化能够顺利、安全进⾏，从⽽提⾼企业的⽣产效率。
温度采集控制系统是在嵌⼊式系统设计的基础上发展起来的。嵌⼊式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都⽆法满⾜⼴⼤对象对嵌⼊式系统的要求，因此，嵌⼊式系统必须⾛独⽴发展道路。这条道路就是芯⽚化道路。将计算机做在⼀个芯⽚上，从⽽开创了嵌⼊式系统独⽴发展的单⽚机时代。单⽚机诞⽣于⼆⼗世纪七⼗年代末，经历了SCM、MCU和SOC三⼤阶
段
在现代化的⼯业⽣产中，电流、电压、温度、压⼒、流量、流速和开关量都是常⽤的主要被控参数。例如：在冶⾦⼯业、化⼯⽣产、电⼒⼯程、造纸⾏业、机械制造和⾷品加⼯等诸多领域中，⼈们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进⾏检测和控制。采⽤MCS-51单⽚机来对温度进⾏控制，不仅具有控制⽅便、组态简单和灵活性⼤等优点，⽽且可以⼤幅度提⾼被控温度的技术指标，从⽽能够⼤⼤提⾼产品的质量和数量。因此，单⽚机对温度的控制问题是⼀个⼯业⽣产中经常会遇到的问题。同时温度也是⽣活中最常见的⼀个物理量，也是⼈们很关⼼的⼀个物理量，它与我们的⽣活息息相关，有着⼗分重要的意义，在⼯业⽣产中，温度过⾼或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成⼀定的损坏，严重的会影响到⽣产安全。在⽇常⽣活中，温度过⾼或过低同样会造成⼀些不良影响。
在实际⽣产、⽣活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的⼀部分，对温度及时精确的控制和检测显得尤为重要。⽐如，农业上⼟壤各个层⾯上的温度将会影响植物的⽣长；在医院的监护中也⽤到温度的测量。在⼯业中，料桶⾥外上限温度要求不⼀，以及热处理中⼯件各个部位的温度对⼯件形成后的性能⾄关重要等等。现代电⼦⼯业的飞速发展对⾃动测试的要求越来越⾼。采⽤单⽚机对温度进⾏控制，不仅具有控制⽅便和组态简单的优点,⽽且可以提⾼被控温度的技术指标。针对以上情况，在控制成本的前提下，通过本设计设计⼀款能够实时检测控制温度，⼜具有对系统设定不同的报警温度
的温度控制报警系统功能。此系统能够满⾜现代⽣产⽣活的需要，效率⾼，具有较强的稳定性和灵活性。因此，在⽣产和⽣活中要对温度进⾏严格的控制，使温度在规定的范围内变化。通过本系统提⾼学⽣对于温度控制的认识。在学习实践中提⾼对理论的认知能⼒和动⼿解决实际问题的能⼒，达到教学实践相结合的⽬的。及采⽤先进的科学技术，加以丰富的保安实际经验和知识，向社会提供各种超值安全设备服务，给⽤户带来安全和放⼼。
随着⼈们⽣活⽔平的不断提⾼，单⽚机控制⽆疑是⼈们追求的⽬标之⼀，它所给⼈带来的⽅便也是不可否定的，其中数字温度计就是⼀个典型的例⼦，但⼈
们对它的要求越来越⾼，要为现代⼈⼯作、科研、⽣活、提供更好的更⽅便的设施就需要从数单⽚机技术⼊⼿，⼀切向着数字化控制，智能化控制⽅向发展。
1.3：温度参数、温度检测和语⾳报警
1.3.1 温度参数
基本范围-50℃-110℃
精度误差⼩于0.5℃
LED数码直读显⽰
可以任意设定温度的上下限报警功能
1.3.2 温度检测
通过DS18B20传感器检测测量温度，通过AT89S52单⽚机进⾏控制，通过⽤3位LED数码管以串⼝传送数据实现温度显⽰。
1.3.3 语⾳报警
先录⾳，能分160段(地址为00H-0A0H)。我们说话平均语速4字/秒，所以20秒我们录80字。
经过计算，每个字占2个地址。我们录⾳13段。
录⾳⽤S1键，放⾳控制⽤S2键。录⾳时按下键后开始录⾳，录完每段后放开按键，录⾳停⽌。
共录13段，录每段时同时⽤数码管提⽰，分别⽤数字0-F来表⽰。
按语⾳提⽰键播报温度，不按不播报。
第⼆章：系统总体设计⽅案
2.1 单⽚机语⾳温度报警系统的总体设计
语⾳温度报警计电路设计总体设计⽅框图如图2.1所⽰，控制器采⽤单⽚机AT89S52，温度传感器采⽤DS18B20，语⾳电路采⽤ISD1420,⽤3位LED数码管以串⼝传送数据实现温度显⽰。
图2.1 总体设计⽅框图
单元模块功能如下：
检测电路由温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的⼀种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相⽐，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数⽅式。
⾃动报警主机的核⼼器件是单⽚机，它是整个系统的⼼脏，由它来接受报警信号并控制协调各功能模块的正常⼯作，考虑到系统的功能和经济性因素，采⽤的是当今流⾏的性价⽐⽐较⾼的AT89S52。
看门狗电路完成对系统电源电压的监测⼯作。
语⾳电路采⽤美国ISD公司的⾼保真录放⼀体化语⾳芯⽚ISD1420来完成报警时进⾏语⾳提⽰的预存⼯作，根据警情的不同进⾏相应的语⾳提⽰。
气动加油泵
悬挂式指示牌
2.2 系统的基本⼯作过程
在农业应⽤⽅⾯虚拟仪器温室⼤棚温度测控系统是⼀种⽐较智能，经济的⽅案，适于⼤⼒推⼴，改系统能够对⼤棚内的温度进⾏采集，然后再进⾏⽐较，通
过⽐较对⼤棚内的温度是否超过温度限制进⾏分析，如果超过温度限制，温度报警系统将进⾏报警，来通知管理⼈员⼤棚内的温度超过限制，⼤棚内的温控系统出现故障，从⽽有利于农作物的⽣长，提⾼产量。
第三章：单⽚机温度控制和语⾳报警系统硬件设计
3.1 温度控制和报警主机
本系统主要是基于单⽚机实现其温度检测和报警功能，其硬件的主要设计如下：
3.1.1主控制单⽚机
主控单⽚机采⽤⼀⽚ATMEL AT89S52。根据题⽬要求，充分利⽤了单⽚机灵活控制的优点，发挥其优势功能，采⽤单⽚机控制显⽰信号灯，提⾼了系统的灵活性，设置⽅便。AT89S52芯⽚本⾝集成了看门狗（WDT）电路，这是为了系统更加的稳定可靠，避免了系统因为死机⽽停⽌⼯作的情况发⽣这种
做法对于实际上长时间运⾏在恶劣状况的交通灯控制系统来说是⼗分必要的。它可以完成⾃动加载复位，省去⼈⼯调整的⿇烦，可以做到⽆⼈职守。
3.1.2 AT89S52特点
AT89S52是⼀个低功耗，⾼性能CMOS 8位单⽚机，⽚内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采⽤ATMEL公司的⾼密度、⾮易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯⽚内集成了通⽤8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强⼤的微型计算机的AT89S52可为许多嵌⼊式控制应⽤系统提供⾼性价⽐的解决⽅案。
AT89S52具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash⽚内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输⼊/输出（I/O）⼝，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双⼯串⾏通信⼝，看门狗（WDT）电路，⽚内时钟振荡器。（如图3.1所⽰）。
图3.1 AT89S52芯⽚
此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停⼯作，⽽RAM定时计数器，串⾏⼝，外中断系统可继续⼯作，掉电模式冻结振荡器⽽保存RAM的数据，
停⽌芯⽚其它功能直⾄外中断激活或硬件复位。同时该芯⽚还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
3.1.3 AT89S52主要功能特性：
·兼容MCS-51指令系统
·32个双向I/O⼝
·2个16位可编程定时/计数器
·全双⼯UART串⾏中断⼝线
·2个外部中断源
·中断唤醒省电模式
·看门狗（WDT）电路
·灵活的ISP字节和分页编程
·4k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM
· 4.5-5.5V⼯作电压
·时钟频率0-33MHz
·128x8bit内部RAM
·低功耗空闲和省电模式
·3级加密位
·软件设置空闲和省电功能
·双数据寄存器指针
AT89S52的引脚功能介绍：
VCC：
AT89S52 电源正端输⼊，接+5V。
VSS：
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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