论文（设计）题目 | 温度报警系统设计与仿真 |
缺陷者捧出的花束课题目的、意义及相关研究动态： 课题目的： 随着信息时代的飞速发展，人们的生活已经发生重大的变化，目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。在工业控制方面，温度控制同样是非常重要的手段，而温度测量又是温度控制中相当重要的一环。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用[1]。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。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[2]~[3]。这次基于单片机的温度报警系统的设计是以单片机为核心，对采集到的温度数据进行处理，并实现智能温度报警和上下限调节的目的。 本课题采用51单片机[4]作为主控制芯片，采用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，硬件实现简单，体积小，安装方便。采用数字化温度传感器DS18B20[5]测量温度，数字温度传感器DS18B20输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理性、化学性很稳定，能用做工业测温元件。所以该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并由12864液晶显示，能够实现快速测量环境温度，并可根据需要设定上下限报警温度[6]。使用PROTEUS软件[7][8]完成温度报警系统的仿真运行。 一、单片机采用51单片机[9][10]： （1）使用价格低廉、应用广泛的5 1系列单片机为控制芯片，可以达到了控制性能好，成本低的目的。 （2)AT89C51单片机是最早期也最典型的产品，低功耗、高性能、采用CHMOS工艺的8位单片机。 （3)它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与Intel 80C3X单片机[25]完全相同。在应用中可直接替换。 （4)在AT89C51内部有FLASH程序存储器，既可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程，编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便。 （5)AT89C5X系列可认为是Intel 80C3X的内核与Atmel FLASH技术的结合体。它为许多嵌入式控制系统提供了灵活、低成本的解决方案。 二、采用数字温度传感器DS18B20[11]~[14]： DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS公司推出的一线式数字温度传感器。它将地址线、数据线、控制线合为一线双向串行传输数据的信号线，并允许在这根信号上挂多个DS18B20，可组成网络多点测温检测系统[15]。由于DS18B20组成的温度测控系统非常方便，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，而且成本低，体积小，可靠性高。因此这次设计选用DS18B20作为温度传感器。DS18B20具有如下特性[16]： （1）适应电压宽，电压范围在~，在寄生电源下可由数据线供电。 （2）具有独特的单总线接口方式，只需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 （3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 （4）在使用中不需要任何外围元件，全部元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路中。 （5）测温范围：-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃时精度为±℃。 （6）可编程分辨率为9~12位，对应的可分辨温度为℃，℃，℃和℃，可实现高精度测温。 （7）在9位分辨率时，最多在内将温度转换为数字；12位分辨率时，最多在750ms内将温度转换为数字，显然速度更快。 （8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传输给CPU，同时可传送CRC检验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 （9）具有负压特征即当电源电极接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 三、采用LM12864液晶显示器进行显示[17][18]： LM12864液晶显示器模块是全屏幕图形点阵式液晶显示器组件，有控制器、显示缓冲器DD RAM、驱动器和全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，可以实现字符移动、闪烁等功能被禁止的爱[19]，也可以显示汉字（4X8个16X16 点阵汉字）。与CPU接口是8位数据线和几条地址线，另外3条电源线供芯片和LCD驱动[20]。 在单片机系统中应用晶液显示器LM12864作为输出器件有以下几个优点[16]： （1）可以显示数字、字母、特殊符号、图形、汉字和曲线； （2）拥有64X64位（512字节）的显示存储器，其数据直接作为显示驱动信号； （3）8位并行数据接口和64列驱动输出[21]； （4）简单的操作指令：显示开关设置，显示起始行设置，地址指针设置和数据读/写指令； （5）低功耗：在显示期间功耗最大2mW。 四、PROTEUS仿真软件[22]~[24]： （1）PROTEUS在单片机CPU外围器件方面表现出的卓越的仿真能力使其成为目前最好的仿真软件之一。 （2）PROTEUS可以仿真8051系列、AVR系列、PLC系列等主要常见系列单片机及外围电路。 （3）PROTEUS提供了数目庞大，门类齐全的各类常见器件库，具有较强的PCB设计功能。 （4）PROTEUS有操作灵活，自动连线等优点，为我们提供了非常好的开发界面。 课题意义： 通过本课题的设计，进一步熟悉和巩固单片机的基本知识，学习温度传感器原理及驱动控制方法，学习液晶、按键等外围器件的使用方法，学习并掌握单片机C51程序编程方法，学习Keil集成调试软件的使用方法及Proteus仿真软件的使用方法，通过设计和仿真，可以提高单片机的水平，为今后的学习、工作打下基础。 研究现状[11]： 国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标更准确，更加稳定可靠。 应用领域非常的广泛[14]，①纺织厂冷冻库，粮仓，储罐，电信机房，电力机房。②轴瓦，缸体，纺机，空调等狭小空间工业设备测温和控制。③汽车空调，冰箱，冷柜,浴室水温控制[25]以及中低温干燥箱等。④太阳能供热，制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量等。 温度测控系统离不开温度传感器，传统的模拟温度传感器，如热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过一定的测量接口电路转换后输出模拟电压或电流信号，再将进一步处理，然后利用模数转换器将其转换为控制器可以处理的数字信号，即可由控制器读取。一个完整的温度采集系统包括以下几部分：温度传感器、测量电路、模拟信号处理电路、A/D转换电路以及单片机。 而在实际中，有些不需要进行严格的温度值测量，只需测量其是否超出某一设定范围，然后输出跳变信号进行控制，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号。例如可以启动或关闭风扇、空调、加热器或其他控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAS6501-MAX6504、MAX6509/6510是这种类型的典型代表。 随着集成电路的不断发展，出现了数字式的温度传感器 ，它是微电子技术、计算机技术和自动检测技术（ATE）的结晶，可以将待测环境的温度模拟量直接转化为单片机能够处理的数字量信号。数字温度传感器把模拟传感器温度采集系统测量电路、模拟信号处理电路、A/D转化电路和其他功能的单元（如存储器或寄存器）集成到一起，就构成具有数字输出能力的数字温度传感器。 数字温度传感器根据输出信号的不同可分为3类[15]：时间输出的温度传感器，如AD公司的TMP03/04;频率输出的单线温度传感器，如MAX6577；数值输出的温度传感器，数值输出的单线温度传感器直接以串行方式输出芯片测出的具体温度数值，所以其时序非常重要。DALLAS公司的DS18B20就是这样一种独特的温度传感器。它只需要一个接口引脚即可通信，可用数据线供电，并具备多点测温能力。由于DS18B20组成的温度测控系统非常方便，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，而且成本低，体积小，可靠性高。因此这次设计选用DS18B20作为温度传感器。 课题的主要内容（观点）、创新之处： | |
11 1、课题的主要内容： 本温度报警系统要完成实时温度数据采集，利用单片机将数据与通过键盘输入的上、下限温度值进行比较，如超出或低于所设置的上、下限温度，即触发报警器，发出报警声同时指示灯闪烁，系统的时间、测量的实时温度值、菜单选择、上下限温度设置等必要信息通过液晶显示。 2、课题需解决的主要问题： （1）DS18B20的工作原理； （2）LM12864的工作原理； （3）基于51单片机的开发流程； （4）测温原理及驱动DS18B20[26]； （5）液晶显示[27]和独立键盘控制技术[28]； （6）C语言编程能力[29]~[32]，软件编程能力和调试能力； （7）论文格式规范化。 3、课题可能创新之处[15]： 本课题是利用一种新型的可编程温度传感器DS18B20，它能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度的采集和数据的处理。在以往的设计中，我们往往采用模拟式传感器，这样就需要A/D转换[33]。在设计电路时候还需要放大电路[34]，从而较为复杂。采用DS18B20数字传感器较之原始的温度处理器它具有系统结构简单、抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量等优点。它的三个引脚，一个接电源，一个接地，另外一个可以直接与单片机连接，直接将温度信号转换为数字信号。 研究方法、设计方案或论文撰写提纲： | |
1、系统总体设计框图概述 主 控 芯 片 液晶显示 上、下限温度值设定 报警器 测温接口 指示灯 2、系统功能实现概述 本系统采用层次化、模块化设计，整个系统由温度采集模块、键盘控制模块、主控模块、液晶显示模块和预警模块组成。系统以单片机为核心，通过单片机与数字温度传感器相连，采集并存储数字传感器的测量数据。通过键盘控制模块单片机记录输入的温度上下限值，并将上下限值与采集到的实时温度数据进行比较，一旦超出上下限温度设定值，系统自动触发预警模块，预警模块包括蜂鸣器鸣叫和指示灯闪烁。系统工作时的必要信息由单片机送由液晶显示器显示。整个系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活直观，性价比较高，能满足功能需求。 3、 研究方法技术路线商品房屋租赁管理办法 （1）学习数字传感器DS18B20的工作原理并且能够熟练使用； （2）掌握基于51单片机的开发流程； （3）掌握液晶显示器LM12864和独立键盘控制技术； （4）查阅资料，完成系统的初步设计； （5）请教导师，帮助解决出现的问题和困难；中华医院管理学会 （6）进行完整的仿真测试，完善设计。 | |
完成期限和预期进度： ①2013年11月——2013年5日11月30日 毕业设计准备、资料查阶段 ②2014年1月5日——2014年3月5日 毕业调研阶段 ③2013年11月30前 毕业设计开题报告阶段 ④2014年4月8日——2014年4月12日 毕业设计中期检查 ⑤2014年上学期，第1周至11周 毕业设计主要工作阶段： ⑥2014年5月18日——2014年5月26日 毕业设计答辩阶段 ⑦2014年5月18、19日 答辩时间动物学杂志 | |
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指导教师意见： 签名： 年 月 日 | |
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