Multi—channel temperature detection alarm system based on single chip design
Abstract
This article introduce a Multi-temperature detection alarm system based on AT89C51 microcontroller,AD590 for temperature and ADC0809for the analog digital conversion. System achieved by clock pulse and a single temperature cycle showed that the temperature set switch functions. Multi-channel temperature detection alarm system based on AT89C51 was introduced. In order to save ports, enlarges integrated circuit expand the function later, the data series of sensor system enter the line SCM. Systems through the control button to achieve the real-time setting of all the different alarm temperature, and the realization of multi-channel or single switch temperature display, which can carry out multi-channel detection and also can be carried out as a one-way monitoring.
This paper introduces a kind of based on AT89C51, 8-way by AD590 temperature acquisition, through ADC809.To convert the modulus of multi-channel temperature detection alarm system. Temperature measurement and control facilities, computer application in our country, in general are from digestion and absorption, easy to practical application stage, transitional stage, comprehensive application and development. In technology, in the majority with single-chip microcomputer controlled single parameters of the single loop system, Temperature measurement control in our country present situation is far from reach the level of factory, there are still many problems in practical production, there are equipment supporting ability is poor, low degree of industrialization, environment control level lags behind, In the study of a temperature control system in the future will tend to be more intelligent, integrated, each performance index system more accurate, more stable and reliable.
Key Words：Multi-temperature measurement；microcontroller；alarm system.；SCM
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目 录
摘要 ........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 绪论 ...................................................................... 1 1.1 多路温度检测报警系统的国内发展现状 ...................................... 1 1.2 多路温度检测报警系统的 .................................................. 1 1.3 多路温度检测报警系统的研究目的和意义 .................................... 2 2 多路温度检测报警系统的原理 ................................................ 3 2.1 AT89C51单片机的主要工作特性 ........................................... 3 2.2 引脚排列及功能 .......................................................... 5 2.3 存储器组织和特殊功能寄存器 .............................................. 6 2.4 时钟电路和工作时序 ...................................................... 6 3 系统设计 .................................................................. 8 3.1 温度传感器 .............................................................. 8 3.2 模数转换 ................................................................ 9 3.3 单片机 ................................................................. 10 3.4 数码显示 ............................................................... 12 4 硬件电路设计 ............................................................. 14 4.1电路的整体结构 ......................................................... 14 4.2 模拟采集电路 ........................................................... 14 4.3 模数转换电路 ........................................................... 15 4.4 LED数码显示电路 ...................................................... 16 4.4.1 CD4511 .............................................................. 16 4.4.2 CD4518 .............................................................. 17 4.5电路总图 ............................................................... 19 5 软件程序设计 ............................................................. 19 5.1 主程序设计 ............................................................. 20 5.2 程序 ................................................................... 21
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6 电路板设计 ............................................................... 24 6.1 设计过程与成果 ......................................................... 25 6.1.1 绘制电路原理图并仿真调试 ............................................. 25 6.1.2 加载网络表及元件封装 ................................................. 25 6.1.3 规划电路板并设置相关参数 ............................................. 25 6.1.4 元件布局及调整 ....................................................... 26 6.1.5 布线并调整 ........................................................... 26 6.1.6 输出及制作PCB ...................................................... 27 6.2 实验数据分析 ........................................................... 29 结论 ....................................................................... 30 致谢 ....................................................................... 31 参考文献 ................................................................... 32
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基于单片机的多路温度检测报警系统的设计
1 绪论
温度的检测在各个不同的领域都有着不同的发展方向，而且都已经有了诸多较为成熟的技术。例如，农业上土壤各个层面上的温度将会对植物的生长造成影响；在医院的监护中用到的温度计【1】。在工业中，对于料桶里外上限温度要求不一，热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能相当重要。现代电子工业的快速发展对自动检测的要求也越来越高。采用单片机对温度进行检测和控制，不仅具有控制方便和组态简单的特点，而且可以提高被控量的技术指标【2】。温度的控制在国民经济的各个部门中也有着十分广泛的应用。在这些应用中,一些场合(比如烤烟)要求温度的变化要遵循一定的工艺曲线,这就要求相应的温度控制系统要能够随时获得温度信息并施行实时控制。目前，该领域得到了相当广泛的关注,成为单片机领域的研究热点之一【3】。
1.1 多路温度检测报警系统的国内发展现状
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。
1.2 多路温度检测报警系统的国外发展现状
近年来随着社会的深入发展，电子电气的的发展速度已经进入空前状态，人们的生活水平也有了很大的提高，而不法分子也越来越多，千防万防，还是难防贼手摸进门，无论是居民还是企业，对安防问题都十分头痛。人们的防盗意识也逐渐增强。防盗的电子产品也有相继而出。这也给安防产品带来很大的发展空间，但是安防行业发展一直都
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存在着局部的不平衡现象。那就是视频监控领域要远远超过防盗报警器领域。例如温控，声空，光控等报警器。如今防盗报警器安防产品进入中国家庭的速度大大提高近，几年正以30%的速度增长，并且发展潜力巨大。而市场销售环境是防盗报警器发展的一大挑战，消费者很难认同防盗报警器。除了上面提到的质量差，售后无保障外，对防盗报警器的技术消费者也不敢恭维。这主要是由于在使用过程中，防盗报警器极易发生误报问题，误报率高，让消费者使用中苦恼不堪。甚至汽车声、爆竹声等都会引起误报，尤其是夜里不仅打扰用户睡眠，更会引来不必要的骚动，浪费人力物力。而防盗报警器误报追根究底是设计的技术问题，如果这个问题不解决，消费者很难对该产品产生好感和信赖，将会严重影响防盗报警器的市场销售。所以本设计从光控入手来从根本解决误报困扰【4】。欧美等发达国家防盗报警器家庭普及率已经达到了70%以上。目前它的功能已经趋于完备，在不远的将来报警器会在我们的日常生活中起到巨大的作用. 随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为智能小区的必需设备。本文利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。
1.3 多路温度检测报警系统的研究目的和意义
随着工业的发展需要，我国对检测系统从无到有，从复杂到简单的发展过程，其智能化程度越来越高，然而我国的很多地方温室的温度调节是应用很传统的开关门来实现的，这种方法费时费力，效率又很低，准确度又不高，随机性大，很不科学，因此需要研制一种结构简单，价格低廉的测控系统来达到自动调节温度。我们所设计的温度检测报警系统能够对所在区域的温度超出范围时进行显示并报警。
近年来随着科学技术的发展，人们趋向于温度检测的多样化，智能化，所以市场上涌现出多种多样的智能温度传感器。温度检测系统在工业化生产和科学研究等各个行业开辟了更为广阔的发展空间。也为单片机嵌入式系统的进一步发展奠定良好的基础。温度检测系统不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益也越高而且比较价格低，在农业中取得了广泛的应用。
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毕 业 设 计
论文题目： 基于单片机的多路温度检测报警系统的设计 学 生： 刘苏震 指导教师： 刘媛媛 讲师 专 业： 电子信息工程（电气及其自动化） 班 级： 09电气4班
2013年5月
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毕 业 设 计 任 务 书
题目名称：基于单片机的多路温度检测报警系统 立题意义：随着工业的发展需要，我国对检测系统从无到有，从复杂到简单的发展过程，其智能化程度越来越高，然而我国的很多地方温室的温度调节是应用很传统的开关门来实现的，这种方法费时费力，效率又很低，准确度又不高，随机性大，很不科学，因此需要研制一种结构简单，价格低廉的测控系统来达到自动调节温度。我们所设计的温度检测报警系统能够对所在区域的温度超出范围时进行显示并报警。; 技术条件与要求 1.根据多路温度控制系统的要求,进行硬件电路和软件程序设计。 2.熟练的掌握单片机C语言的程序编程。 3. 能够进行合理的电路及程序检测。 任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求） 一、 任务内容： 1.查阅文献，掌握多路温度控制系统设计方面相关知识。 2.进行多路温度控制系统设计的硬件电路设计，进行电路设计方案的论证及分析。 3.进行多路温度控制系统设计的软件程序设计。 4.进行多路温度控制系统设计硬件与程序的结合，进行功能的检测。 二、计划、时间安排 2012年11月26日——2013年4月7日 选题、撰写阶段 2013年 4月 8 日——2013年5月24日 中期检查阶段 2013年5月 13日——5月24日 整理、答辩阶段 2013年5月25日 毕业论文(设计) 答辩 专业负责人意见 签名： 年 月 日 哈尔滨剑桥学院 毕 业 设 计 审 阅 评 语
一、指导教师评语 是否同意答辩： 同意答辩 □ 不同意答辩 □ 指导教师（签名） 职 称 年 月 日 二、评阅人评语 是否同意答辩： 同意答辩 □ 不同意答辩 □ 评阅教师（签名） 职 称 年 月 日
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毕 业 设 计 答 辩 评 语 及 成 绩
三、答辩委员会评语 四、毕业设计成绩 签 字（盖章）： 五、答辩委员会主任单位： 答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日
基于单片机的多路温度检测报警系统的设计
摘 要
当今社会温度的测量与控制系统在生产与生活的各个领域中扮着越来越重要的角色，大到纺织厂，工业冶炼，环境检测，电力机房，冷冻库，粮仓，医疗卫生等方面，小到家庭冰箱，空调，电饭煲，太阳能热水器等方面都得到了广泛的应用，温度控制系统的广泛应用也使得这方面研究意义非常的重要。系统中通过时钟脉冲实现了温度的单一和循环显示。在温度超过设定温度时可以对报警温度和实际温度交替显示，从而给予更多的信息。按钮结构简单、应用灵活、易扩展，很大程度上提高了自动检测的效率，使本系统更加的智能化、人性化。
本文介绍了一种基于AT89C51单片机，利用AD590进行8路的温度采集，通过ADC809进行模数转换的多路温度检测报警系统。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。
关键词：多路温度检测；单片机；报警系统
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2 多路温度检测报警系统的原理
2.1 AT89C51单片机的主要工作特性
·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM； ·具有32根可编程I/O线； ·具有2个16位可编程定时器；
·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR;
·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定定位；
AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能,如图2—1所示。
程序存储器 14KB 数据存储器 128字节 两个16位定时器 计数器 振荡器和时钟电路 CPU 中断 控制 内部总线 总线扩展控制器 并行可编程 I/O口 可编程 串行口
外部中断 扩展控制 P0 P1 P2 P3 RXD TXD 图2—1 AT89C51各部分组成
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中央处理器
单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分，如图2—2。
B PSW 暂存器2 寄存AC暂存器1 片内ROM 地址寄存器 PC增量器 程序计数器 指令寄存器 指令译码器 定时及 控制 PSEN ALE EA RST ALU 图2—2 存储器原理图
（1）运算器
运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、 累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。
ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。
暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。
累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过
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ACC来进行。
B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 （2）控制器
控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. （3）存储器
单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路
AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理：
2.2 引脚排列及功能
AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。
（1）I/O口线 ·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。
当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时， P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。
·P1口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 ·P2 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收
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高字节地址和某些控制信号。
·P3 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 （2）控制信号线
·RST 复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在RST脚施加两个机器周期以上的高电平，将器件复位。
·EA/VPP 外部程序存储器访问允许信号EA.
当EA信号接地时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器，地址为0000H-FFFFH;当EA接VCC时，对ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。在编程时，该引脚可接编程电压5V或12V。在编程校验时，该引脚可接VCC。 ·PSEN 片外程序存储器读选通信号PSEN，低电平有效。在片外程序存储器取指期间，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送至P0口；在访问外部RAM时，PSEN 无效。
·ALE/PROG 低字节锁存信号ALE.在系统扩展时，ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送。此外，ALE端连续输出正脉冲，频率为晶振频率的1/6，可做外部定时脉冲使用。 （3）外部晶振引线
·XTAL1 片内振荡器反向放大器和时钟发生线路的输入端。使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。
·XTAL2 片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容。
2.3 存储器组织和特殊功能寄存器
AT89C51的存储器将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的存储空间和访问指令。它有4个存储空间：片内存储器、片外存储器、片内数据存储器及片外存储器。
2.4 时钟电路和工作时序
振荡器电路原理
振荡器电路原理，振荡电路的接法如图2-3、2-4所示。
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振荡器 XTAL1 Q ÷2 PD & Rf Q
图2—3 振荡器电路原理 C2 NC XTAL2 XTAL2 外部 振荡 器信XTAL1 C1 号 XTAL1 CND GND
图2—4 振荡电路的接法
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