摘要
在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。
本文采用美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型温度传感器DS18B20作为检测元件，温度范围为-55～125oC,最高分辨率可达0.0625oC。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
本文介绍一种基于STC89C51单片机的温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围-55℃-～+125℃，使用液晶模块显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，STC89C51单片机功能和应用。该电路设计合理、功能实用、结构简单。
目 录
引言
1 选题的背景和意义
1.1 设计任务与要求
1.2 设计目的
2 总体设计方案
2.1 方案阐述
2.2 基本思路
2.3 方案选择与论证
2.4 系统设计原理
2.5 系统组成
3 硬件设计
3.1 硬件原理框图
3.2 硬件结构及原理
4 软件设计
4.1 软件编写工具
4.2 总体设计
4.3 主程序流程
4.4 程序分析
5 制板流程
6 系统调试
6.1 硬件调试
6.2 软件调试
6.3 调试结果
7 结论 21
谢 辞
参考文献
附 录
引言 温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有着十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。在人类的生活环境中，温度扮演者极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。 信息科学和微电子技术的飞速发展给控制领域带来了巨大的飞跃；控制技术更加趋向自动化和智能化，为无数的使用者带来了方便。在控制领域里，温度是一个常见的名词，然而它所带来的技术问题和所起的作用却是非同一般的。在控制领域中，对温度的控制有着举足轻重的作用。例如陶瓷的烧烤，只有控制住温度的适度，才能制作出一个完美的艺术品，否则只是一件废品；还有如酿酒的过程，也需要对温度进行控制。可见，在生活的许许多多的方面都有着对温度进行感知和控制的需要。 1 选题的背景和意义随着社会的发展特别是工业的发展，人民生活的改善，安全问题变得更加重要。目前，在许多情况下，都需要对环境的温度进行限定，其中包括人的生活工作环境、仪器设备的工作环境以及动植物的生长环境等。如果环境温度超过或者低于限制值，必定对所处环境的人或设备造成影响，甚至给个人和社会造成巨大的损失。 因此，在某些特定环境内使用温度报警器来对温度进行实时监控并做到超温报警，而使用单片微型计算机实时控制温度报警系统则是其中的一种重要方式。 主要是了解了单片机微型计算机实时控制的温度测量报警系统的历史与现状，根据现实生活的需要以及已掌握的理论知识，制定出单片微型计算机实时控制的温度报警系统硬件、软件的设计方案，把温度传感器这个单独的器件，配以一些其他电路，让它实现探测温度、显示温度、并且超高温、低温报警，并进行调试验证方案的可行性，最终完成设计。 1.1 设计任务与要求（1）温度检测：通过传感器和系统连接，能实时准确检测到现场温度。 （2）温度显示：把现场实时检测到的温度值显示出来。 （3）报警温度设定和报警：根据需要可以设置报警温度，并且当达到报警温度时 会发出报警提示。 1.2 设计目的（1）通过对温度报警电路的设计、安装和调试，掌握温度报警电路的工作原理和运算放大器在实际电子电路中的应用。 （2）学会运用keil软件编写程序，提高分析程序的能力。 （3）进一步熟悉STC89C52RC单片机外部引脚的线路连接方法。 （4）熟悉LCD1602使用方法。 （5）学会使用Proteus仿真软件对设计的电路进行仿真，验证电路功能是否正确。 （6）学会使用DXP制作电路图。 （7）熟悉制作电路板的流程。 2 总体设计方案2.1 方案阐述通过分析可以知道，所要设计温度检测与报警装置的温度测量范围为-55~125℃，在lcd上并能设置上下限报警温度，超过或低于限制温度发出报警提示。该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。 2.2 基本思路利用单片机的P2.5、P2.6、P2.7作为LCD1602的控制位，P0口作为数据位控制LCD1602，用LCD1602显示被测量温度的数值、上下限报警温度；P3.4、P3.5 、P3.6、P3.7口控制手动控制按键，用来调节上下限报警温度；P2.0口作为18b20的接入端； P2.口作为蜂鸣器的接入端。 2.3. 方案选择与论证对采集的温度数值正确的显示是程序设计的核心，其测量的结果要求准确度高，测量过程要方便。 方案一：采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来,构成一个闭合回路,就构成热电偶.温度t端为感温端称为测量端, 温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应".这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示：
EAB(t,t0)＝EAB(t)－EAB(t0)
式中 EAB(t,t0)－热电偶的热电势；
EAB(t)－温度为t时工作端的热电势；
EAB(t0)－温度为t0时冷端的热电势.
从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时,热电势随之发生变化,因此,只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t),将热电势送入显示仪表进行指示或记录,或送入微机进行处理,即可获得测量端温度t值。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。 系统主要包括对A/D0809 的数据采集，自动手动工作方式检测，温度的显示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。故现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片，处理芯片为52芯片，执行机构有4 位数码管、报警器等。 方案二：采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器STC89C52RC构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用单片机控制，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，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，下图为18b20的温度与数据的关系。 图1 温度与数据关系图 该系统利用STC89C52RC芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询。 从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，且复杂，线性误差较大，适合实验。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。 2.4系统设计原理利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LCD中显示。 2.5系统组成本课题以是STC89C52RC单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等组成。 系统框图主要由主控制器STC89C52RC、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LCD显示、温度传感器组成。 3 硬件设计3.1硬件原理框图 温度检测与报警系统设计由主控制器STC89C52RC、单片机复位、报警温度按键设置、时钟振荡、LCD1602显示、温度传感器及蜂鸣器组成。 原理框图如图2所示：
图 2 原理框图 3.2硬件结构及原理3.2.1 STC89C52RC单片机工作电路本设计的核心是单片机电路，考虑到需要一个中断输入，存储容量、外部接口对单片机端口的需要以及兼顾到节约成本的原则，选用了常用的STC89C52RC单片机。STC89C52RC是低功耗、高性能、经济的8位CMOS微处理器，工作频率为0—40MHz，内置8K字节可编程只读闪存，512位的内部RAM，16位可编程I／O总线。它采用Atmel公司的非易储器制造技术，与MCS-51的指令设置和芯片引脚可兼容。STC89C52RC可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。STC89C52RC工作的最简单的电路是其外围接一个晶振和一个复位电路，给单片机接上电源和地，单片机就可以工作了。 STC89C52RC各管脚功能如下： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为STC89C52RC的一些特殊功能口，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 表3.2.1 P3口第二功能 | | | | |  (外部中断0) | |  (外部中断1) | | | | | |  (外部数据存储器写选通) | |  (外部数据存储器写选通) |
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周 期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 图3 STC89C52RC工作电路 3.2.2 STC89C52RC复位电路在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。无图3 STC89C52RC工作电路论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。 而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。 
单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态, 并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。 图4 复位电路 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的。兼有上电复位和按钮复位的电路。在单片机设计中，若有外部扩展的I/O接口电路需初始复位，如果它们的复位端和MCS-51单片机的复位端相连，复位电路中的R、C参数要受到影响，这时复位电路中的R、C参数要统一考虑以保证可靠的复位。如果单片机MCS-51单片机与外围I/O接口电路的复位电路和复位时间不完全一致，单片机初始化程序不能正常运行，外 围/O接口电路的复位也可以不和MCS-51单片机复位端相连，仅采用独立的上电复位电路。一般来说，单片机的复位速度比外围I/O快些。若RC上电复位电路接MCS-51单片机和外围电路复位端，则能使系统可靠地同步复位。为保证系统可靠复位，在初始化程 序中应用到一定的复位延迟时间。复位电路软件程序跑飞或者硬件发生错误的时候产生一个复位信号，控制MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序，重新执行软件程序。此电路的输出端RESET接在单片机的复位引脚。 3.2.3 STC89C52RC时钟电路时钟在单片机中非常重要，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。内部时钟方式电路图如图5所示： 
图5 时钟电路 MCS-51单片机内部有一个用与构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器电路。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为20PF左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率的范围通常是在1.2MHz—12MHz之间。晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。为了提高温度稳定性，应采用温度稳定性能好的NPO高频电容。MCS-51单片机常选择振荡频率12MHz的石英晶体。外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，常用于多片MCS-51单片机同时工作，以便于同步。对外部脉冲信号只要求高电平的持续时间大于20us，一般为低于12MHz的方波。外部的时钟源直接接到XTAL2端，直接输入到片内的时钟发生器上。由于XTAL2的逻辑电平不是TTL的，因此要外接一个4.7k～10k的上拉电阻。这次的设计采用MCS-51的内部时钟方式。因为外部时钟方式是用外部振荡脉冲信号，用于多片MCS-51单片机同时工作。在这次设计中只用一个MCS-51单片机，不需要振荡脉冲信号。 3.2.4 STC89C52RC按键电路按键是实现人机对话的比较直观的接口，可以通过按键实现人们想让单片机做的不同的工作。常用的键盘接口分为独立式键盘接口和矩阵式键盘接口。独立式键盘接口就是各键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不影响其他输入线的工作状态。通过检测输入电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。独立式按键电路配置灵活，软件实现简单。但每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线而且电路结构繁杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。而矩阵式键盘有行线和列线组成，按键位于行，列的交叉点上，适用于按键较多的场合。下图就是一种比较典型的独立按键电路，在按键没有按下的时候，I/O口采集到的是高电平，当按键按下去的时候，I/O口采集到的是低电平。 3.2.5 STC89C52RC显示电路1602字符型LCD模块的应用非常广泛,而各种液晶厂家均有提供几乎都是同样规格的1602模块或兼容模块，尽管各厂家的对其各自的产品命名不尽相同；1602字符型LCD 模块最初采用的LCD控制器采用的是HD44780，在各厂家生产的1602模块当中，基本上也都采用了与之兼容的控制IC，所以从特性上基本上是一样的；当然，很多厂商提供了不同的字符颜色、背光色之类的显示模块。 图6 液晶显示电路 
表3.2.5 LCD管脚功能
3.2.6 DS18B20DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理：低温度 系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉 冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图7 DS18B20
DS18B20功能特点：（1）采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/O线，在一根线上可以挂接多个DS18B20。 （2）每只DS18B20具有一个独有的，不可修改的64位序列号，根据序列号访问地应的器件。 （3）低压供电，电源范围从3~5V，可以本地供电，也可以直接从数据线上窃取电源（寄生电源方式）。 （4）测温范围为-55℃~+125℃,在-10℃~85℃范围内误差为±0.5℃。 （5）可编辑数据为9~12位，转换12位温度时间为750ms（最大）。 （6）用户可自设定报警上下限温度。 （7）报警搜索命令可识别和寻址哪个器件的温度超出预定值。 （8） DS18B20的分辩率由用户通过EEPROM设置为9~12位。 （9） DS18B20可将检测到温度值直接转化为数字量，并通过串行通信的方式与主控制器进行数据通信。 DS18B20有4个主要的数据部件： （1） 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位 （28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 （2） DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。 （3） DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。 （4） 配置寄存器。 DS18B20内部结构及功能：DS18B20的内部结构主要包括：寄生电源，温度传感器，64位ROM和单总线接口，存放中间数据的高速暂存器RAM，用于存储用户设定温度上下限值的TH和TL触发器，存储与控制逻辑，8位循环冗余校验码（CRC）发生器等7部分。 温度的读取： DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。 DS18B20的初始化：（1）先将数据线置高电平“1”。 （2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）。 （3）数据线拉到低电平“0”。 （4）延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。 （5）数据线拉到高电平“1”。 （6）延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制 （7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。 （8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。 DS18B20的写操作：（1）数据线先置低电平“0”。 （2） 延时确定的时间为15微秒。 （3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 （4）延时时间为45微秒。 （5）将数据线拉到高电平。 （6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。 （7） 最后将数据线拉高。 DS18B20的读操作：（1）将数据线拉高“1”。 （2）延时2微秒。 （3）将数据线拉低“0”。 （4）延时15微秒。 （5）将数据线拉高“1”。 （6）延时15微秒。 （7）延时30微秒。 
图8 DS18B20电路 3.2.7 蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。 
图9 蜂鸣器 图10 蜂鸣器电路图 本设计智能温度报警系统由温度采集、信号处理、温度监测、输出控制四部分组成。它通过预先设在单片机中的高低温度值来对非常温度值进行报警,也可以通过安检的控制对温度进行高低的设定最低可以由0℃开始进行温度的设定,从DSI8B20 采集到的温度经信号调理电路处理后直接送入单片机进行刷新。微控制器根据信号数据及设定的各种控制参数,按照嵌入的软件控制规律执行计算与处理,自动显示温度值、输出相应的控制信号,并根据当前状态输出正常、报警等信号,同时将各种数据通过数码管进行显示监控。 4.1 软件编写工具软件编写工具选用美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统Keil C51，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。 4.2 总体设计该温度检测的软件设计采用C51语言编程。系统程序由主程序、温度设定子程序、温度采集子程序、温度刷新子程序、液晶显示程序和按键子程序等部分组成(程序流程图如图12所示)。
图11 系统的软件设计流程 4.3 主程序流程主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，其程序流程见图13所示:
图12 主程序流程 4.4 程序分析4.4.1 读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。 程序如下： void ReadTemperature(void) { unsigned char L=0; unsigned char H=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC);//跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44);//启动温度转换 delay_18B20(100); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC);//跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE);//读取温度寄存器等（共可读9个寄存器前两个就是 温度 L=ReadOneChar(); H=ReadOneChar(); if(H>0xf8) //高位前五位为1时温度是负 { L=~L+1; H=~H; f=0; //读取温度为负时fg=0 sdata = L/16+H*16; //整数部分 xiaoshu1 = (L&0x0f)*10/16; //小数第一位 xiaoshu2 = (L&0x0f)*100/16%10; //小数第二位 } //传感器返回值除16得实际温度值 //为了得到2位小数位，先乘100，再除16，考虑整型数据长度， else { f=1; sdata = L/16+H*16; //整数部分 xiaoshu1 = (L&0x0f)*10/16; //小数第一位 xiaoshu2 = (L&0x0f)*100/16%10; //小数第二位 } } 4.4.2 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示。 程序如下： void display(unsigned int date) //显示温度， { if(date/100==0) //100度内 { write_com(0x84); write_data(shuzu[date/10]);//十位 write_com(0x85); write_data(shuzu[date%10]);//个位 write_com(0x86); write_data(shuzu[13]);//小数点 write_com(0x87); write_data(shuzu[xiaoshu1]);//小数点后一位 write_com(0x88); write_data(shuzu[xiaoshu2]); //小数点后二位 write_com(0x89); write_data(shuzu[12]); } else if(date/100==1) //100度上 { write_com(0x84); write_data(shuzu[date/100]);//百位 write_com(0x85); write_data(shuzu[(date-100)/10]);//十位 write_com(0x86); write_data(shuzu[date%10]);//个位 write_com(0x87); write_data(shuzu[13]);//点 write_com(0x88); write_data(shuzu[xiaoshu1]);//小数点后一位 write_com(0x89); write_data(shuzu[xiaoshu2]);//小数点后二位 } } 4.4.3 按键扫描子程序第一步：平时没有按键被触发时，不会执行程序。 第二步：一旦有按键被按下，执行去抖动延时，再判定。 第三步：如果按键按下的时间超过了去抖动延时，则触发按键，马上把按键值锁定，防止按住按键不松手后一直触发。 第四步：等按键松开后，自锁不执行，为下一次自锁做准备。 第五步：以上整个过程，就是识别按键IO口下降沿触发的过程。 程序如下： void key() //按键加减标尺
{ if(keym==0)//判定 { delay_50us(100);//延时 if(keym==0) { y++;//转换加减的数值 if(y==2)m=1; else if(y==3)m=5;//数值5 else if(y==4)m=10; //数值10 else if(y>=5)y=1; //数值1 while(keym==0);//自锁 } } if(keyh==0)//上下限转换按键 { delay_50us(100); if(keyh==0) { o++; if(o>=3)o=0;//1为上限选中，2为下限选中，0为隐藏 while(keyh==0); } } /////调节上限温度 if(keyu==0&o==1)//上限加按键 { delay_50us(100); if(keyu==0&o==1) { u=u+m; while(keyu==0); } } if(keyl==0&o==1) //上限减按键
{ delay_50us(100); if(keyl==0&o==1) { u=u-m; while(keyl==0); } } //// 调节下限温度 if(keyu==0&o==2)//下限加按键 { delay_50us(100); if(keyu==0&o==2) { l=l+m;while(keyu==0); } } if(keyl==0&o==2)//下限减按键 { delay_50us(100); if(keyl==0&o==2) { l=l-m;while(keyl==0); } } } 5 制板流程（1）打印电路板将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。 （2）裁剪覆铜板用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。 （3）预处理覆铜板用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。 （4）转印电路板将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！ （5）腐蚀线路板先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1：2：3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！ （6）线路板钻孔线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。 （7）线路板预处理钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，本文用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。 （8）焊接电路板，最后把元器件焊接在电路板上，注意要尽量减少虚焊，空焊，连焊等现象。 6 系统调试6.1 硬件调试（1）目测，检查外部的各种元件或者电路是否有断点。 （2）温度检测与报警装置在没通电的情况下，用数字万用表的二极管档检查电路板线路是否导通或者短路。 （3）加电检测，给电路板加电检测所有的插座或者硬件的电源是否符合要求的值。 6.2 软件调试6.2.1 仿真软件随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，仿真的结果与测试结果较为接近。Proteus软件是英国L阿宝center electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。该软件功能强大。先在proteus上按照电路图连接好电路图，打开程序HEX文件进行仿真。仿真结果如下，lcd能正常显示温度和上下限温度，按键可以准确调节上下限温度，仿真结果与理论接近。 
图13 仿真图 开启电源，打开开关，LCD1206显示欢迎并开始测温。当温度超过上限温度或低于下限温度时报警提示正常，以下是实时温度的一些测量值，因1602的显示屏大小不能设置到小数部分的报警温度，只能设定到整数部分的报警温度。 表6.3.1 温度测试结果
7 结论该智能温度报警系统结构简单，具有一定的实际应用价值。该智能温度报警系统只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，此外，还能广泛地应用于各种工业生产领域，如建筑，仓储等行业，特别是在蔬菜大棚的应用上，本次设计虽然完成了，但是次设计也还是有些许不足的地方，与实际温度计测量到的温度还是有差距，因为能力的问题，该智能温度报警系统精确度最高可达到相差0.1℃，最大误差为1.5℃；能够设定的上限温度范围为0℃到120℃，下限温度为-50℃到99℃。
谢 辞 毕业设计是对本文知识运用能力的一次全面的考核，也是对本文进行科学研究基本功的训练，培养本文综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。 本次设计能够顺利完成，首先要感谢母校，是她为本文提供了学习知识的土壤，使本文在这里茁壮成长；其次要感谢电子信息工程系的老师们，他们不仅教会本文专业方面的知识，而且教会本文做人做事的道理，也要感谢本次设计的指导老师。
原理图
PCB 
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