1、福建師范大學協和學院 傳感器技術作品設計 作品名稱：單片機控制的溫度煙霧報警系統 系 別 :信息技術系 專 業： 電子信息工程 班 級：1 班 學 號： 學生姓名： 2012 年 11 月 10 日 摘要 本次設計課題為基于單片機控制的溫度煙霧報警系統。在設計中包括 硬件和軟件設計兩部分，其中硬件設計，包括單片機控制電路、溫度傳 感器、煙霧傳感器、驅動執行報警電路、顯示控制電路等部分組成，處 理器為 STC89C52型單片機。隨著現代信息技術的飛速發展和傳統工業改 造的逐步實現，能夠獨立工作的溫度檢測與顯示系統應用于諸多領域。 傳統的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，需要 外

2、加信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準確度低，檢測系統也 有一定的誤差。與傳統的溫度計相比，這次設計的是基于DS18B20的數 字溫度計，它具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫精確，數字顯示，適用 范圍寬等特點。 關鍵字 : 單片機 溫度傳感器 報警 目錄 摘 要 0 ABSTRACT 錯 誤！未定義書簽。 1 緒論 1.1 作品研究背景及意義 1.2 設計目的 1.3 預期實現功能 2 設計方案 2.1 功能框架圖 2.2 具體設計方案 2.2.1 時鐘和復位電路 2.2.2 液晶顯示電路 2.2.3 聲音報警電路 3 核心器件介紹 3.1. 單片機 STC89C52 介紹 3.2 DS18B

3、20 介紹 4 電路的制作與調試 4.1 器件清單 4.2 調試過程 4.3 實驗總結 5. 電路實物圖 6. 附錄 1 緒論 1.1 作品研究背景及意義 自動控制領域中，溫度檢測與控制占有很重要的地位。溫度檢測在工農業生 產、科研和在人們的生活中得到廣泛的運用。 目前，溫度傳感器正從模擬式向數字集 成式方向飛速發出， 單片機也是人們追求的目標之一， 它所給人帶來的方便也是不可 否定的， 其中數字溫度計就是一個典型的例子， 人們對它的要求越來越高， 要為現代 人工作、科研、生活、提供更好更方便的設施就需要從單片機技術入手，一切向著數 字化、智能化方向發展。 本文就是基于此目的介紹基于單片機和數

4、字溫度傳感器的溫 度報警設計。 1.2 設計目的 ? 了解溫度傳感器 DS18B20 和煙霧傳感器 MQ-2 的基本原理、性能與應用。 ? 熟悉單片機 STC89C52 工作方式和應用。 ? 通過實驗提高對單片機的認識。 ? 掌握 DS18B20 和煙霧傳感器 MQ-2 的接口方法及其輸入程序的設計和調試方 法。 ? 將所學的單片機原理及檢測技術的知識運用于實踐，解決實際問題 . ? 通過課程設計，掌握以單片機為核心的電路設計的基本方法和技術了解電路參 數的計算方法。 1.3 預期實現功能 ? 1. 實時監測溫度并在液晶屏上顯示。 ? 2. 溫度低于設定的低溫警報值或高于設定的高溫警報值將產生

5、聲光警報， 并打 開繼電器開關，關閉外圍電路電源。 ? 3 監測到煙霧也將產生聲光警報。 2 設計方案 2.1功能框架圖 本設計主要包括主控模塊 （STC89C52 單片機），溫度采集器（DS18B20），煙霧傳感器（MQ-2 ）, 時鐘模塊，液晶顯示器（ LCD1602 ），報警器（蜂鳴器）和 4 個按鍵組成的一個完整系統。 2.2具體設計方案 2.2.1 時鐘和復位電路 單片機 STC89C52 使用的時鐘電路比較簡單，我們采用的是晶體振蕩器產生時鐘源。 XTAL1 ( X1)為反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2(X2) 是來自反向振蕩器的輸 出，分別接到單片機的 1

6、9腳和 18腳。當按下按鍵 S22時， VCC 通過 R22 電阻給復位輸入端口 一個高電平，實現復位功能，即手動復位這樣就不用在重起單片機電源。上電復位就是 VCC 通 過電阻 R2 和電容 C 構成回路，該回路是一個對電容 C 充電和放電的電路，所以復位端口得到一 個周期性變化的電壓值，并且有一定時間的電壓值高于 CPU 復位電壓，實現上電復位功能。 2.2.2 液晶顯示電路模塊 2.2.5 聲音報警電路模塊 6 Sbit feng=P3.7;/ 定義蜂鳴器的引腳 Feng=1；/蜂鳴器關閉 Feng=0; /蜂鳴器打開 3 核心器件介紹 3.1 單片機 STC89C52 介紹 單片機ST

7、C89C5是2 8位高性能 MCU，超低功耗：掉電模式下典型功耗 01 LLA， 空閑模式下典型功耗 2 mA正常工作模式下典型功耗 4 7 mA 具有8kF1ash存儲器、 512 kB RAM、2k E2pRO、M降低EMI功能、 ISP（在系統可編程 ）功能 單片機內部的看門狗電 路經過特殊處理是真正的看門狗可放心省去外部看門狗 缺省為關閉打開后無 法關閉，單倍速和雙倍速可反復設置。 單片機 STC89C52和各個模塊的接口主要是對 STC89C52的 I/O 口進行約束，規定 其為輸出還是輸入， 輸入主要是按鍵電路部分和時鐘， 輸出則為報警和顯示部分， 其 I/O 分配如下圖 3.8

8、所示。 圖 3.8 單片機 STC89C52 I/O 接口電路 3.2DS18B20 介紹 DS18B20是 DALLAS公司生產的一線式傳感器，具有 3 引腳 TO-92 小體積封裝形 式；溫度測量范圍為 -55 攝氏度到+125攝氏度，可編程為 9到 12位 A/D轉換精度， 測溫分辨率可達 0.0625 攝氏度，被側溫度用符號擴展的 16 位數字量方式串行輸出； 其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生。 CPU只需一根端口線就能 與諸多 DS18B20通信，占用問處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。 DS18B20主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器

9、、非揮發的溫度報警觸 發器 TH 個 TL、配置寄存器。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以 0.0625 攝氏度 /LSB 形式表達，其中 S為 符號位。例如 +125 攝氏度的數字輸出為 07DOH， +25.0625 攝氏度的數字輸出為 0191H,-25.0625 攝氏度的數字輸出為 FF6FH,-55 攝氏度的數字輸出為 FC90H. DS18B20采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成ROM設定， 否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一：讀 ROM 指令 0X33， ROM匹配指令 0X55

10、，搜索 ROM指令 0XF0， 跳過 ROM指令 0XCC， 報警檢查指令 0XEC。這些指令操作作用在沒有一個器件的64 位光刻 ROM序列 號。 圖 3.9 DS18B20 的兩種封裝形式 4.電路的制作與調試 4.1 器件清單 元件清單 器材名稱 型號 片數 固定電阻 10k/0.25W 10 固定電阻 4.7k/0.25W 1 固定電阻 5.1K/0.25W 1 固定電阻 1K/0.25W 2 蜂鳴器 1.5V 1 液晶顯示器 LCD1602 1 IC 插座 DIP8 針 2 IC 插座 DIP40 1 ISP 插座 5*2 插座 1 單排插座（排母） 2.54MM 1*40 1 LE

11、D 發光二極管 紅色，黃色 2 單片機 STC89C52 1 9 直插三極管 2N-3904 1 USB 下載器 STC89C52 1 杜邦線 連線 3 溫度傳感器 DS18B20 1 4.2. 調試過程 ( 1)電路板插上電源，電源工作指示燈沒有亮。 解決辦法：將萬用表打到二極管圖標的位置，檢測電源線路是否有阻值，最后發現第一個電 源線沒有與焊盤焊在一起，導致電路板即使插上電源也沒有電，最后將焊盤和電源線焊在一起， 插上電源就有電了。 (2) 電路板不能進行燒寫。 解決辦法：用萬用表檢測電路，發現幾個腳有虛焊，用錫將其焊好。 4.3 實驗總結 要完整的設計一個智能溫度控制器，并且能有效的應用

12、在工業化溫度控制或置 于某一環境溫度控制中， 還都需要提供電源、 系統組裝與調試等諸多方面的協調和配 合。本文只是初步的設計了智能溫度控制器的核心部件，如溫度采集、處理、顯示、 蜂鳴器的報警、運用外部按鍵設定警報值以及繼電器的控制等。 然而，對于如何針對加熱和制冷設備的如何實現， 以及擴展到對濕度等其它環境 要素的測量和控制， 如何使它們同時集成在一個電路系統中， 這些都還未得到有效的 解決，值得進一步研究和探討。 10 5. 電路實物圖 11 電路仿真圖： 6. 附錄 硬件設計電原理圖： 12 硬件設計 PCB圖： 源代碼： #include #include #define uchar u

13、nsigned char #define uint unsigned int sbit LCD_RS=P20; sbit LCD_RW=P21; sbit LCD_EN=P22; void Delay_ms(uint xms);/延時函數聲明 bit lcd_busy();/忙檢查函數聲明 void lcd_wcmd(uchar cmd); /寫指令寄存器 IR 函數聲明 void lcd_wdat(uchar dat); /寫指令寄存器 DR 函數聲明 void lcd_clr();/清屏函數聲明 /延時函數 void lcd_init();/LCD 初始化函數聲明 void Delay_m

14、s(uint xms) uint i,j; for(i = xms;i0;i-) for(j = 110;j0;j-); void delayNOP() _nop_(); 13 _nop_(); _nop_(); _nop_(); bit lcd_busy() /LCD 忙碌檢查函數 bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(P0 LCD_EN = 0; return result; while(lcd_busy(); void lcd_w

15、cmd(uchar cmd) / 寫指令寄存器 IR 函數 while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; void lcd_wdat(uchar dat) /寫指令寄存器 DR 函數 14 LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; _nop

16、_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; void lcd_clr() /LCD 清屏函數 lcd_wcmd(0 x01); Delay_ms(5); void lcd_init() /LCD 初始化函數 Delay_ms(15); lcd_wcmd(0 x38); Delay_ms(5); lcd_wcmd(0 x38); Delay_ms(5); lcd_wcmd(0 x38); Delay_ms(5); lcd_wcmd(0 x0c); Delay

17、_ms(5); lcd_wcmd(0 x06); Delay_ms(5); lcd_wcmd(0 x01); Delay_ms(5); #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int 15 sbit DQ=P13;/ds18b20 與單片機連接口 sbit RS=P25; sbit RW=P26; sbit EN=P27; sbit K1=P32; /按鍵 K1 sbit K2=P20; /按鍵 K2 sbit K3=P21; /按鍵 K3 sbit K4=P22; /按鍵 K4 sbit yanwu=P33; /煙

18、霧接口 sbit LED1=P23; 溫度警報值 * sbit LED2=P24; 百位 十位 個位 百位 十位 個位 /溫度過高時 ,第 2 行顯示高 /溫度度過低時 ,第 2 行顯示低溫 警報值判斷 * unsigned char FU1=0;/,TH1=0,TZ1=3,TL1=0;/ 高溫 負號標志 unsigned char FU2=0;/,TH2=0,TZ2=3,TL2=0;/ 低溫 負號標志 uint TH=300; uint TL=250; sbit feng=P37; / 蜂鳴器接口 unsigned char bfeng1,bfeng2; unsigned char code

19、 str1=temp: ; unsigned char code str2=DS18B20 OK; unsigned char code str4=SET TH:; unsigned char code str5=SET TL:; unsigned char code str3= ; unsigned char code menu2_H = H ; 溫報警符號 unsigned char code menu2_L =(tvalue) bfeng1=0; else 16 bfeng1=1; else bfeng1=0; if(FU2=0) if(TLtvalue) bfeng2=0; else bfeng2=1; else bfeng2=0; else if(FU2=0) bfeng1=0; else if(THtvalue) bfeng2=0; 17 else bfeng2=1; if(bfeng1=1|bfeng2=1) feng=0; LED1=1; else feng=1; LED1=0; * lcd1602 程序 * void delay1ms(unsigned int ms)/ 延時 1 毫秒(不夠精確的) unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j