综合设计报告
设计名称： 智能机器人综合设计
设计题目： 单片机智能温度检测系统设计
学生学号：
专业班级：
学生姓名：
学生成绩：
指导教师（职称）：
课题工作时间： 20##年6月3 至2013年6月15日
说明：
1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生；四、五两项（中英文摘要）由学生在完成综合设计后填写。
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。
3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况，给出客观、全面的评价。
4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
5、报告正文字数一般应不少于5000字，也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。
6、平时表现成绩低于6分的学生，其综合设计成绩按不及格处理。
7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用于学院各类综合设计），各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。
成绩评定表
学生姓名： 学号： 班级：
答辩记录表
指导教师评语
目 录
目录…………………………………………………………………………………………I
摘 要 ……………………………………………………………………………………… II
Abstract …………………………………………………………………………………...III
第一章 课题背景…………………………………………………………………………. 1
第二章 整体方案设计…………… ………………………………………………………. 1
2.1 设计思想………………………………………………………………………………1
2.2 设计方案……………………………………………………………………………...1
2.3方案比较与选择…………………………………………………………………………2
第三章 详细设计…………………………………………………………..……………….. 2
3.1 电源模块设计…………………………………………………………………………2
3.2单片机最小系统………………………………………………………………………..3
3.3.温度采集与量化模块……………………………………………………………….…4
3.4显示与报警模块设计…………………………………………………………………..6
3.5总体设计…………………………………………………………………………………7
第四章 设计结果及分析…………………………………………………..……………….. 8
4.1 系统软件仿真…………………………………………………………………………8
4.2 结果分析……………………………………………………………………………..8
总 结 …….……………………………………………………..………………………….10
致 谢 …….……………………………………………………..………………………….11
参考文献 …….………………..………………………………..………………………….12
附录 主要程序代码 ………...………………………………..………………………….13
摘 要
随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温
度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。本设计介绍一个智能温度检测系统，该系统通过 NTC 热敏电阻阻值随温度升高而减小的属性，并通过 DAC0804 模数转换芯片采集数据，最后将数字信号送入 89C51 单片机，经过软件的处理与控制，在 LED 上输出实时的环境温度。同时该系统可设置测量温度上下限，当前温度低于设置温度下限或高于设置温度上限时，通过蜂鸣器报警。该系统电路设计简洁，抗干扰性好，实用性强。温度可测范围：040℃。温度测量误差：±0.5℃。
关键词：NTC ；热敏电阻； 89C51 ；单片机； 温度检测 ；DAC； LED
Abstract
With the gradual implementation of the rapid development of modern information technology and the transformation of traditional industries, able to work independently of the temperatureDetection and display system used in many fields. The traditional temperature detection by thermistor as temperature sensitive element. Thermistor's cost is low, but the subsequent signal processing circuit, moreover the reliability is relatively bad, the temperature measurement accuracy is low, the examination system also has certain error. Here is the design of digital thermometer reading convenience, a wide range of temperature measurement, temperature measurement precision, the digital display, applicable scope wide and so on characteristics. This design introduces a intelligent temperature detection system, the system through the NTC thermistor decreases with temperature increasing, and the data acquisition chip through the DAC0804 converter module, finally the digital signal into the microcontroller 89C51, after processing and control software, real-time temperature on LED. At the same time, the system can measure the temperature limit set below the set temperature, lower or higher than the set temperature limit the current temperature, through the buzzer alarm. The circuit design of the system is simple, good anti-interference performance, strong practicability. Temperature measurement range: 040 ℃. Temperature measurement error: ± 0.5 ℃.
Keywords: NTC;thermistors ;89C51;microcontrollertemperature; detection ;DAC； LED
第一章 课题背景
随着以知识经济为特征的信息时代的到来，人们对仪器仪表作用的认识愈加深入。作为工业自动化技术工具的自动化仪表与控制装置，在高新技术的推动下，正跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代。而温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度测量的要求越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高。因此，温度测量和温度测量技术的研究是一个重要研究课题。
本文针对温度检测做了一个设计，有助于提高我们的实践能力，也能促进我们对专业知识的融会贯通，对于温测系统的设计关键在于温度数据的检测、采集、处理。从功能来说它包括：下载调试模块，电源模块，单片机最小系统，外部应用模块；从开发过程来说它包括：原理设计，电路板设计与制作，软件调试，综合调试
第二章 整体方案设计
2.1 设计思想
本设计的整体思路：利用流过热敏电阻电流随温度线性变化的关系，将电流的变化转化为电压的变化，即 0℃时输出电压为 0V 显示在数码管上的数值为 00.0。当 40℃时输出电压通过 A/D 转换器输出处理显示为 40.0。即在 040℃的温度变化过程中，电压变化对应温度变化。数码管上的数值就是对应于所测量的实际温度值。测量过 ，设置程中可通过独立按键，设置测量温度上下限数值（上限下限）成功后，系统测量实时温度，当前温度高于上限值或低于下限值，通过蜂鸣器报警
2.2设计方案
方案一：电桥方案
采用铂电阻，利用电阻与温度的非线性关系，用电桥实现温度升高引起的电阻值变化对应于电压的关系。经 A/D 转换后，送入锁存器所存，再经译码器输出后，通过数码管显示
图 2.1 测温整体方案一
方案二：基于单片机的方案
利用热敏电阻电压与温度的变化为线性，我们将温度的变化转化为电压的变化，通过 A/D 转换输出后进入单片机系统，通过软件控制，将电压对应于温度的数值通过查表的方式得出结果。在LED 上显示结果
图2.2测温整体方案二
2.3方案比较与选择
方案一中铂电阻与温度的关系是非线性的，输出结果不能达到我们所要求的精度。温度的上下限设置电路复杂。方案二基于单片机，电路简单，消耗的功率相对较小，调试容易，控制性及可靠性均优于方案一。因此选择采用方案二。
第三章 详细设计
3.1电源模块设计
电源模块设计 电源模块相当于房屋的基石，关系到整个系统的稳定性及数据的可靠性。因此，我们通过大量查阅资料，方案比较，选择了合适的电源。
该系统使用干电池供电。单片机需要 5V 电源，A/D 需要稳定 5V电源。总体来说，我们采用集成三端稳压芯片为系统提供稳定的电源需求。
集成三端稳压器主要有两种：一种是线性稳压芯片，另一种是开关型稳压芯片。线性稳压芯片输出纹波小，电路简单，但功耗较大，效率较低，典型芯片为 LM7805；开关稳压芯片则功耗小，效率高，但是输出纹波大，电路复杂，典型芯片为 LM2596。
对于单片机来说，单片机本身功耗低，但是它对电源要求相对较高。经过选型实验对比，LM2940 性能较优。LM2940 为最大输出 1A 低压差线性稳压器件。能为单片机及 A/D 芯片提供稳定的 5V 电压。
图3.1电源模块
3.2单片机最小系统
本系统采用 89C51 单片机，89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable ReadOnly Memory）的低电压、高性能 COMS8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。
主要特性：与 MCS-51 兼容
4K 字节可编程闪烁存储寿命：1000 写/擦循环
数据保留时间：10 年
全静态工作：0Hz-24MHz
三级程序存储锁定
1288 位内部 RAM
32 可编程 I/O 线.两个 16 位定时/计数器
五个中断源
图3.2单片机最小系统
3.3温度采集与量化模块
该 系 统 温 度 采 集 利 用 NTC （ 负 温 度 系 数 ） 热 敏 电 阻 ，A/D 转换利用 ADC0804 模数转换芯片。（CWF2-502F3950） NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料．该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻．其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化．现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系 NTC 热敏电阻材料。
电阻-温度关系表：
ADC8084E特性：
图3.3温度采集与量化原理图
3.4显示与报警模块设计
本系统采用 4 位 7 段数码管显示经单片机处理的实时温度。利用蜂鸣器实现温度报警。系统上电后，数码管后三位显示当前温度，通过按键选择，显示上下限温度，上下限温度值以数码管第一位进行区分，字母“H”表示显示为上限温度，字母“L”表示显示为下限温度。设置上限温度后，系统将判断当前温度是否超过或低于限值，如果出现，则蜂鸣器开始报警，直到断电或者温度重新回到正常范围
图3.4.1显示电路原理图
图3.4.2报警电路原理图
3.5总体设计
图3.5总体电路
第四章 设计结果及分析
4.1系统软件仿真
图5.1仿真图
4.2结果分析
系统设计要求达到精度±0.5℃。通过软件算法的合理设计， 及电路各部件的搭配，基本实现将误差控制在±0.5℃。系统误差 产生因素包括，热敏电阻自身特性导致的误差，软件代码算法差 生的误差，硬件电路供电稳定性而产生的误差，ADC 模数转换产生 的误差。由热敏电阻自身特性产生的误差不可避免，而且在误差 可控范围内，遂不加以优化。电路的稳定性主要是电源供电稳定 性的体现，我们采用稳压电路，为系统提供稳定的电源，减少因 外界扰动，电池的损耗而产生的误差。数模转换器差生的误差在 本系统中可以忽略，但仍然为其提供稳定电压。并在编程时，通 过在短时间内多次采样进行比较，滤除不稳定大变动信号，以实 现整个系统在误差最小的情况下稳定工作。
总 结
通过这次对数字温度计的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字温度计的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。 通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
特别是对单片机C语言产生了更深的兴趣，掌握了电子电路调试的方法，能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，能正确选用元器件与材料，能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见，能查阅各种有关手册和正确编写设计报告
致 谢
在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。
首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。
其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。
最后感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。
参考文献
[1] 杨素行著.模拟电子技术基础(第二版) .北京:高等教育出版社,2006.
[2] 阎石著.数字电子技术基础(第五版) .北京:高等教育出版社,2006.
[3] 张毅刚，单片机原理及应用.北京:高等教育出版社,2010.
[4] 何立民著．单片机高级教程．北京：北京航空航天大学出版社，2000.
[5] 杨路明著．C语言程序设计教程(第2版) ．北京：北京邮电大学出版社，2005.
[6] 马忠梅，籍顺心，张凯等著.单片机的C语言应用程序设计(第4版) .北京:北京航天航空大学出版社,2007.
[7] 谭浩强著．程序设计与开发技术．北京：清华大学出版社，1991.
附录
主要程序代码：
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
unsigned char code digit[11]={"0123456789-"};
unsigned char code Str[]={"BJWENDU"};
unsigned char code Error[]={" DS18B20 ERROR"};
DS18B20 unsigned char code Error1[]={" PLEASE CHECK"};
DS18B20 unsigned char code Temp[]={"WENDU:"}; / unsigned char code Cent[]={"ZHEN"};
unsigned char flag,tltemp;
int BJ=30;
sbit P36=P3^6;
sbit RS=P2^0;
sbit RW=P2^1;
sbit E=P2^2;
sbit BF=P0^7;
void yanshi() { int a;
for(a=0;a<50;a++) {;}}
void delay1ms() {
unsigned char i,j;
for(i=0;i<4;i++)
for(j=0;j<33;j++)
}
sbit RW=P2^1;
sbit E=P2^2;
sbit BF=P0^7;
void yanshi() { int a;
for(a=0;a<50;a++) {;}}
void delay1ms() {
unsigned char i,j;
for(i=0;i<4;i++)
for(j=0;j<33;j++)
}
void delaynms(unsigned char n)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<n;i++)
delay1ms();
}
void BEEP()
{
int b=50;
while(b--)
{ P36=0;
yanshi();
P36=1;
yanshi();
}
}
result=0，
bit BusyTest(void)
{
bit result;
RS=0;
RW=1;
E=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
result=BF;
return result;
}
void WriteInstruction (unsigned char dictate)
{
while(BusyTest()==1);
RW=0;
E=0;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
E=0; }
void WriteAddress(unsigned char x)
{
WriteInstruction(x|0x80);
}
void WriteData(unsigned char y) {
while(BusyTest()==1);
RS=1;
RW=0;
E=0;
P0=y;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
E=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
E=0;
}
void LcdInitiate(void) {
delaynms(15);
WriteInstruction(0x38);
delaynms(5);
WriteInstruction(0x38);
delaynms(5);
WriteInstruction(0x38);
delaynms(5);
WriteInstruction(0x0c);
delaynms(5);
WriteInstruction(0x06);
delaynms(5);
WriteInstruction(0x01);
delaynms(5);
}
sbit DQ=P3^5;
unsigned char time;
bit Init_DS18B20(void) {
bit flag;
DQ = 1;
for(time=0;time<2;time++)
DQ = 0;
for(time=0;time<200;time++)
DQ = 1;
for(time=0;time<10;time++)
flag=DQ;
for(time=0;time<200;time++)
return (flag);
unsigned char ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat;
for (i=0;i<8;i++) {
DQ =1; // 先将数据线拉高
_nop_(); //等待一个机器周期
DQ = 0; //单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序
_nop_(); //等待一个机器周期
DQ = 1; //将数据线"人为"拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备
for(time=0;time<2;time++) //延时约6us，使主机在15us内采样
dat>>=1;
if(DQ==1)
dat|=0x80; //如果读到的数据是1，则将1存入dat
else
dat|=0x00;//如果读到的数据是0，则将0存入dat
//将单片机检测到的电平信号DQ存入r[i]
for(time=0;time<8;time++) //延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期
}
return(dat); //返回读出的十六进制数据
}
WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0; for (i=0; i<8; i++)
{
DQ =1; // 先将数据线拉高
_nop_(); //等待一个机器周期
DQ=0; //将数据线从高拉低时即启动写时序
DQ=dat&0x01; //利用与运算取出要写的某位二进制数据,
//并将其送到数据线上等待DS18B20采样
for(time=0;time<10;time++)
//延时约30us，DS18B20在拉低后的约15~60us期间从数据线上采样
DQ=1; //释放数据线
for(time=0;time<1;time++) //延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期
dat>>=1; //将dat中的各二进制位数据右移1位
}
for(time=0;time<4;time++)
//稍作延时,给硬件一点反应时间
}
void ReadyReadTemp(void) {
Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化
WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换
delaynms(200); //转换一次需要延时一段时间
Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化
WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器,前两个分别是温度的低位和高位
}
void display_error(void) {
unsigned char i;
WriteAddress(0x00); //写显示地址，将在第1行第1列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Error[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
WriteData(Error[i]); //将字符常量写入LCD
i++; //指向下一个字符
delaynms(100); //延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明
}
WriteAddress(0x40); //写显示地址，将在第1行第1列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Error1[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
WriteData(Error1[i]); //将字符常量写入LCD
i++; //指向下一个字符
delaynms(100); //延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明
}
while(1) //进入死循环，等待查明原因
}
void display_explain(void) {
unsigned char i;
WriteAddress(0x00); //写显示地址，将在第1行第1列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Str[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
void display_symbol(void) {
unsigned char i;
WriteAddress(0x40); //写显示地址，将在第2行第1列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Temp[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
WriteData(Temp[i]); //将字符常量写入LCD
i++; //指向下一个字符
delaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间
}
}
void display_temp0() {
int B,J;
B=BJ/10;
J=BJ%10;
WriteAddress(0x08);
WriteData(digit[B]);
WriteData(digit[J]);
delaynms(50);
}
void display_temp1(unsigned char x) {
unsigned char j,k,l; //j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位
j=x/100; //取百位
k=(x%100)/10; //取十位
l=x%10; //取个位
WriteAddress(0x46); //写显示地址,将在第2行第7列开始显示
if(flag==1)
{
WriteData(digit[10]);
}
else{
WriteData(digit[j]); //将百位数字的字符常量写入LCD
}
WriteData(digit[k]);
WriteData(digit[l]); //将个位数字的字符常量写入LCD
delaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间
}
void display_temp2(unsigned char x) {
int p,q;
p=x/10;
q=x%10;
WriteAddress(0x4a);
WriteData(digit[p]);
WriteData(digit[q]);
delaynms(50); //延时1ms给硬件一点反应时间
}
void main(void) {
unsigned char TL; //储存暂存器的温度低位
unsigned char TH; //储存暂存器的温度高位
unsigned char TN;
unsigned char TD; //储存温度的小数部分
TCON=0x05;
IE=0x85;
LcdInitiate(); //将液晶初始化
delaynms(5);
if(Init_DS18B20()==1)
display_error();
display_explain();
display_symbol(); //显示温度说明
display_dot(); //显示温度的小数点
display_cent(); //显示温度的单位
while(1) //不断检测并显示温度
{ flag=0;
ReadyReadTemp(); //读温度准备
TL=ReadOneChar(); //先读的是温度值低位
TH=ReadOneChar(); //接着读的是温度值高位
display_temp0();
if((TH&0xf8)!=0x00)//判断高五位 得到温度正负标志
{ flag=1;
TL=~TL; //取反
TH=~TH; //取反
tltemp=TL+1; //低位加1
TL=tltemp;
if(tltemp>255)
TH++; //如果低8位大于255，向高8位进1
TN=TH*16+TL/16; //实际温度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16
TD=(TL%16)/0.16; //计算温度的小数部分,将余数乘以10再除以16取整，
}
TN=TH*16+TL/16; //实际温度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16
TD=(TL%16)/0.16; //计算温度的小数部分,将余数乘以10再除以16取整，
if(TN>=BJ)
BEEP();
display_temp1(TN); //显示温度的整数部分
display_temp2(TD); //显示温度的小数部分
delaynms(10);
}
}
void hanshu0(void) interrupt 0 { BJ++; }
void hanshu1(void) interrupt 2 { BJ--; }