基于单片机的环境温度控制系统

摘 要

温度对于我们的生产生活十分重要，许多场合和特殊的环境都需要对温度有更为严格的把控，随着科技和时代
的发展，对于温度的测量和控制也提出了更多的要求。而自单片机自问世以来，因为其小巧的体积和更快的运算速
率，在各个领域的行业中都获得了普遍的使用，在温度这一领域也不例外，所以本设计是基于单片机来进行的。
　　本设计是基于单片机的温控系统，主要由温度的采集，控制，显示，温度上下限输入，，断电数据保护五个部
分组成，所选单片机的型号为STC12C5A60S2,温度传感器型号为SD5820A,这两种元器件分别与AT89C52、DS18B20兼
容，所以在进行proteus仿真时用二者代替。掉电保护数据是利用外部储存模块储存温度的上下限及实时温度数据，
显示部分是由LCD1602液晶显示屏构成，可显示16x2即32个字符。温度上下限可以用按键来调整，当温度超过上下限
时，报警器（蜂鸣器和指示灯）报警，从而达到控制温度的目的。
关键词：单片机；掉电保护；温度控制

引 言

热量是表示物质冷热状态的物理量,是自然界常用的物理量之一,从微观上来说,代表物质分子热流动的激烈状
态,而温度无论是在我们的日常生活中还是在农业,畜牧业,工业等各个行业都非常重要,尤其是在各种科学的实验中,温度更为关键。所以,单片机对温度的管理问题是一个在企业过程中常常会出现的问题。
　　温度传感器也是测定温度控制中比较重要的一点。但由于现代科技的发达,对技术要求的重要性,温度控制测定的准确度也受到了更多的关注。所以,对高精度温度检测控制系统的研发是十分有必要的。而使用五十一单片机为内核的工业温度控制系统温度实现管理,则是目前应用最普遍的一种工业控制系统。这一类控制系统不但具备了管理简
单、组态化简便、灵敏度大、成本较低、稳定性高等优势,同时还能够提高被控制温度的技术指标,进而大幅度地提高了生产的品质与数量。
　　随着单片机逐渐成为温控器的重要部分,以微机系统为主要控制环境,由于客观上存在着简单的硬件、软件,以及能够很简单的完成现代化控制要求的多功能,稳定性优良、操作与调试简单和制造成本低,被市场开始重视并欢迎,并随着近年来的日益增加,产品价格也将逐渐下降,所以单片机的温控器仍有很大的开发与使用前途。在未来,温度控制
器将会更加智能、集成化,简单化,操作将更精确、更平稳、更安全。
　　该产品主要是采用了微控制器为核心的温控系统,主要有温度测量,控制,温度指示,以及温度上下限的调节,过热/过冷报警,断电数据保护六个部分组成,所选单片机的型号为STC12C5A60S2,温度传感器型号为SD5820A,这两种元器件分别与AT89C52、DS18B20兼容,所以在进行proteus仿真时用二者代替。掉电保护数据是利用外部储存模块储存温
度的上下限及实时温度数据,显示部分是由LCD1602液晶显示屏构成,可显示16x2个字符,所有数据均可在液晶屏上显
示,包括温度上下限,当前温度。温度上下限可以用按键调整,当温度超过上下限时,二极管亮起,蜂鸣器响起, 从而达
到控制温度的目的。

第一章 绪论

1.1课题研究背景
　　由于人类的生活及生产技术水平的日益提升,对生存环境和生产环境的需求也显得尤为重要,而温湿度的监控系
统便是一种经典的案例,所以温湿度监控体系也便是在现代生产生活中应运而生的一个智慧、快速、简单安全的监测
体系,尤其是在生产中如果监测得不正确将会引起很多的产品事故。如在化工产品中,对环境温度的监测错误将会造
成产品制造效率的的下降和产品质量的降低等。而现在所采用的温湿度监控体系,一般都是用准确度为一℃至零点
一℃的水银、煤气以及酒精温度计所进行的温度测量,以及用传统的物理模拟量得方式所进行的温湿度测量。这些温
湿度测量计的刻度间隔一般都很密,不方便准备分辨,而且读数很麻烦,同时由于他们的热容量一般还比较大,到达热平衡状态所需要的时间也比较久,所以很难读准,而且使用很不方便。
1.2课题要求
设计一个主控制器为单片机的检测环境的装置,具体要求为:
1.设计一个以单片机为主要控制器的环境监测装置,能够对室内的温度指数、湿度指数等进行实时监测与显示。
2.根据自身需要,能够利用按键对温度等进行上下限值设置；
3.当温度的检测值高于所规定的上限值或者小于下限值时,对应的指示灯就会亮起向人们发出警示,同时相应的设备开始动作改善环境。
1.3课题研究准备
1、首先对课题功能要求进行全面了解。要求能够实现温度显示,进行上下限设置。并在检测值超过设置值时进行声
音报警同时相关设备动作改善环境。这就要求设备必须包含显示功能、按钮、报警功能、温度监测功能等。
2、根据各个模块选择元器件。
3、查阅相关资料进行各个模块程序编写,进行最终整合。
4、软硬件各个模块无误,相互配合进行软硬件联调,最终实现任务要求。
1.4发展现状
　　单片微型计算机操作系统,可理解成为单片微型计算机操作系统或单片微型计算机管理系统。就是将中央处理器
(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、进入/产出接口(I/0)等所有重要的计算机技术系统特性部分,都
整合到了一个嵌入式集成电路晶片上的微机管理系统。就目前情况而言,单片微型计算机操作系统正在逐步朝向更效
率高和多种类的技术领域方面蓬勃发展,并将会逐步地向着CMOS化、低功率、体量小、体量大、特性高、价格低,以
及外围集成电路内装化等多个领域方面蓬勃发展。如今,世界上的各大晶片生产企业均发布了自己的单片微型计算机
操作系统。现在的数字单片机也正所谓的应有尽有了,从八位,十六位到三十二位,通过数字单片机的过程我们可以知
道数字单片机发展主要有这样三类:
1.微型单片化;
2.主流品牌与多品牌共存;
3.低功耗CMOS化;
4.高性能化及高可靠性。
　　现在,将单片微型计算机系统应用于仪器仪表、家电、医疗器械、宇航、专业装备等的智慧治理和过程监控等领
域,主要可为分成以下几种范围:在智能仪器测量设备的应用:将单片微型计算机系统具备尺寸小、耗电量少、信息管
理能力强、扩展的灵活性、微小化程度和应用简便等优势,应用在多种仪器仪表中,并结合了不同形式的电子感应器,
可以进行对各类压力、输出、能量、时间、湿度、高温、流动、转速、厚薄、倾角、尺寸、硬度、元素、压力等多
种物理条件的检测。并通过将单一或微型计算机控制,使传感器测量技术电子化、人工智能、微型化,其能力相比于采用传统电子或数字电路技术更为强劲。包括一些精密的电子检测装置(压力表,电量计,示波器,各类分析仪,电流表
等)。在工业控制领域:根据上述特性,利用单片机能够组成形式上各种各样的工业控制系统,比如数据采集系统、通
讯系统、信息测量系统、无线感应系统、测控系统、工业机器人等应用系统。另外像工业生产流水线的厂房智能控
制,楼梯智能控制、各类告警控制系统等,和电脑连接可以构成二级控制器等。而在家电领域:现在的家电中普遍使用
了单片机控制器,从电饭煲、洗涤机、电冰柜等,到中央空调机、彩色电视、其他音频仪器等、再到电子秤测量装置,
以及白色家用电器等等。在医用仪器设备应用领域:单片机在医疗仪器设备中的应用也非常的普遍,常用的血压,血
氧,葡萄糖值,体温计,测温机,雾化器,生物采集系统装置,红外线,紫外线照射仪等均采用了单片机,以及医院用呼吸
机,各类分析仪,监护仪器,超声波治疗装置以及病床呼叫管理系统等。
1.5本文主要研究内容
　　 本文的主要研究内容为单片机在温度控制系统上的应用。首先搞清楚单片机的内部硬件结构，MCS-51系列单片
机比较适合初学者学习。明白单片机的各个引脚的符号，存储器，微型处理器，单片机的指令集等等。然后去学习C
语言在单片机方面的各种指令，为以后的仿真模拟做好准备。再之后就是学习仿真软件了。本设计采用的是PROTEUS
仿真，这个软件在电路仿真方面非常有名。对于新手或者苦于找不到电路仿真软件的人来说是一个福音。它上手比
较简单，不需要去花费大量的时间去学习，操作简单易懂，对初学者十分的友好。如果只是做单片机相关的仿真的
话很快就能熟悉相关的操作流程。但是要注意的是，这个软件是外国人做的，元件库里中国国产的芯片基本上没有。

第二章 系统的整体设计

2.1温度控制的主要方法
　　现在温度的测量方法一般是通过集成电路半导体模拟温度传感器，传感器输出的电压或电流和环境温度在特定
区域成线性关系。再经过放大,采样得到温度被测。另外的一些水温测量技术则是采用热电偶,其检测准确度较高,但
由于测量流程比较繁琐,且检测时间过长,同时通过电桥检测的系统抗干扰力量也不好,因此偏差很大。而由于集成电
路工艺技术的发展,新的数字化水质传感器其准确度、稳定性、可靠性和抗干扰力量等均高于传统模拟的水质传感
器。因此数字温度传感器也将逐渐的到更广泛的使用。
2.2功能说明
　　单片机控制系统还能够通过收集温度传感器的数据,检查环境温度是不是达到了温度规定的上下限并指示到液晶
屏幕上,当达到了环境温度上限时,蜂鸣器告警,二极体指示灯亮起,;当环境温度降到规定的下限时,双极管指示灯亮
起,蜂鸣器告警。温度上下限也可以用按键调节,当温度达到上限时,报警器报警,驱动电机进行加热或降温,当单片机
突然掉电时,数据存在外部的带有储存功能的电气元件里，从而达到控制温度的目的,所有数据均可通过液晶屏显示
出来。
。
2.3 系统整体结构设计
　　本温度控制系统主要由温度采集，温度控制，温度显示，温度上下限输入，断电数据保护五个部分组成，温度
采集由温度传感器SD5820A构成，所选单片机的型号为STC12C5A60S2,温度传感器型号为SD5820A,这两种元器件分别
与AT89C51、DS18B20兼容，所以在进行proteus仿真时用二者代替。掉电保护数据是利用外部储存模块储存当前环境
温度值及上下限，显示部分是由LCD1602液晶显示屏构成，可显示当前的环境温度及当前温度状态，温度上下限可以
用按键调整，当温度超过上下限时，报警器报警，从而达到控制温度的目的。
整体温度控制系统结构如图1.1；

图1.1

第三章 系统的硬件部分设计

3.1 单片机
　　单片机是整个温度控制系统的核心，它控制着整个系统的各个部分，包括温度采集，温度控制，温度显示，温
度上下限输入，断电数据保护。本单片机最小系统采用的单片机型号为STC12C5A60S2，该单片机是国内宏晶科技生
产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是既高速又低功耗/还超强抗干扰的新一代8051单片机，命令编码完全相容于
常规传统的8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机
控制，强干扰场合，指令代码完全兼容传统51系列，所以在进行proteus仿真时，用51系列的AT89C52替代其进行仿真。
　　AT89C52 是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机．片内含8K byTES的可反复擦写的只读程序存
储器（PEROM）和256 byTES 。的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生
产，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU ）和FLASH由存储单元，功能强
大AT89C52单片适用于许多有比较复杂控制应用的场合。
3.1.1 单片机主要特性
1.工作电压：STC12C5A60S2系列工作时的电压：5.5V-3.3V(5V单片机)STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V(3V
单片机);
2.工作频率覆盖的范围：0 - 35MHz，相当于一般的8051的 0～420MHz;
　　3.用户应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节;
4.其片上集成1280字节的RAM;
5. 通用I/O口(36/40/44个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)，可设置四种模式：准双向口/弱上
拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口的驱动能力都能够达到20mA，但其整个芯片最大不要超过
120mA电流。
3.1.2 主要引脚功能
VCC：供电电压;
GND：接地端;
　　P0接口：P0口为一个8位漏级开路双向的I/O口，每个管脚能够吸收8TTL的门电流。当P0口的管脚写“1”时，被
定义成为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口
作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部的电位必须被拉高;
　　P1接口：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，电位被内部上拉为高，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口作为第八位地址接收;
　　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，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是
由于其内部上拉的缘由。P2口被用来外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出的地址高八
位。在给出地址为“1”的时候，它可以利用其内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写之时，P2口
输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收到高八位的地址信号和控制信号;
　　P3口：P3口的管脚是8个带有内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL的门电流。当P3口写入“1”之后，
它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上
拉的缘故。P3口也可被AT89C51来做一些特殊的功能端口：
P3.0 RXD(串行输入口)；
P3.1 TXD(串行输出口)；
P3.2 INT0(外部中断0)；
P3.3 INT1(外部中断1)；
P3.4 T0(记时器0外部输入)；
P3.5 T1(记时器1外部输入)；
P3.6 WR (外部数据存储器写选通);
P3.7 RD (外部数据存储器读选通)；
同时，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
3.2温度采集
3.2.1温度传感器简介
　　传统的环境温度测量,以热敏电阻、PT100及PT100为主要高温敏感元件,因其为仿真的测量方法,要对环境温度进
行采集,若要求比较精密,则必须选用十二位及以上的AD转换和信号处理集成电路,在接近时,其准确度和可靠性所受
的限制并不大,而在超过三十米长度传送时,则应选择三线制测方法,且须定时对环境温度进行校准。在进行多点采集
时,必须在每测量地点安装一条线缆,但由于热电流作为仿真物理量以及相互之间的干涉关系,其对周围环境温度检测
的准确性、控制系统的精度差,会受到周围环境条件和时间变化的限制很大。模量电信号一般在工作中均采用模拟信
号的形态出现,但由于测量的条件中通常具有电场、磁性等不确定因素,而上述各种因素都会对电信号形成很大的干
扰,进而限制其真实的检测准确度和整个系统的安全性,而且每年都必须进行校正,所以它的实践应用上具有较大的局限
　　相对于传统模拟测量温度的系统，杭州的晶华微电子股份有限公司研发的新型数字温度传感器SD5820A，如图
2.1所示，具有体积小、精度高、适应电压范围更广、采用单总线路、可组网及完全兼容DS18B20等优点，在现场使
用中可获得优异的测量性能。应用包括控制技术、产品过程管理、电源热防护、温度监测等。
　　SD5820A是一款高准确度高精度的温度传感器芯片。支持单总线通信，可输出9到12位数字温度数据，在-
10_{+85℃范围内最大误差±0.8℃，在-55}+125℃范围内最大误差±1.5℃。
　　 过温报警阈值可通过内部带有的寄存器设定。除此之外，SD5820A还可以使用通信线直接供电（即“寄生电源
模式”），从而消除了对电源供电的要求。
每颗芯片可读取一个长达64位的ID编码，可被用于多从机通信系统。
SD5820A的应用电路：SD5820A的测温系统在测温系统方面、测温精度方面、连接方面、占用口线少等方面具有优
势。
3.2.2 温度传感器特点
1.12位数字温度数据，分辨率为0.0625℃；
2.在-10℃~+85℃范围内典型误差小于±0.5℃；
3.在-55℃~+125℃范围内典型误差小于±0.8℃；
4.单总线通信接口，可使用通信线进行供电，带CRC校验功能；
5.可设置64位的从机通信地址；
6.灵活设置过温报警阈值；
7.工作电压范围2.7V~ 5.5V；
8.兼容DS18B20 。
9.可用应于温控系统，工业过程控制，电源的热保护 ，环境温度的检测等等方面。
3.2.3工作原理
下图为其功能框图：

图3.5 功能框图
　　芯片内置的温度传感器产生一个与温度形成正比变动的电压信号，再经过其自带电压基准的ADC转换成数字信
号，保存为12位二进制补码形式，其中最高位符号位，“0”表示“+”温度，“1”表示 “—”温度。芯片可在
EEPROM内设置过温限值，测温值会与这些设置值作比较，决定是否产生过温报警信号。
片内RC振荡器可以提供系统时钟。测温过程中ADC、电压基准和时钟等电路都工作，在这时系统功耗最大。
　　温度值的读出以及寄存器的设置可通过一个单总线通信接口来进行。循环冗余检验（CRC）产生电路对地址为
00h-07h的寄存器进行CRC校验，可以确保读取到的寄存器数据是正确的，从而提高了通信的安全性。
　　SD5820A工作在单次测温模式，测温一次后进入待机状态，通过单总线接口发送指令可以启动下一次温度的测量。
3.3温度显示
3.3.1LCD1602简介
　　温度显示部分是由一块LCD1602液晶显示屏构成, 从其名称我们就能够看出它的显示容量，就是可以显示二行，
每行 十六个字符的液晶屏。LCD1602液晶显示的基本原理是利用液晶的物理特点，通过电压对它的显示区域进行控
制，有电就有显示，这样即可以显示出文字图像。1602液晶也叫1602字符式液晶，它是一种被专门用来显示字母、
数字、符号等点阵式的液晶模块。
其引脚图如下：
3.3.2液晶屏特点
a. 显示质量高；
　　由于LCD1602每一个点在收到信号后就会一直保持那种色彩和亮度，所以恒定时间发亮,画质较高且没有闪光;
b. 数字式接口;
1602液晶屏都是数字式的，和单片机系统的接口更加的可靠，操作简单及便捷。
c. 体积小、重量轻;
1602液晶模块是通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示字符目的，在体重上相比于相同显示面积的传统
的显示屏要轻得多；
d. 功耗低；
相对而言，1602液晶显示屏功耗主要消耗它的内部的电极和驱动IC上，所以耗电量比其它显示屏要少很多。
3.5温度上下限调整
　　本装置主要有三个按键，一个设置键，两个调整键。其中，按下设置键即可进入调整温度上限模式，再按一下
即进入温度下限模式，按下两个调整键，即可调整温度的上下限
3.6掉电保护
3.6.1存储器简介
　　掉电保护的部分是由AT24C02存储器构成，这是一个以IIC接口的EEPROM器件。常说的EEPROM即电可擦除可编程
只读存储器，是属于ROM的一种。它是只读存储器，即掉电可继续存储数据资料，这种功能可被用来保存在单片机运
行时想要永久保存的数据信息。它可存储256个字节的数据。工作电压覆盖范围为1.8V—6.0V，具有低功耗CMOS技
术，自定时擦写循环，1000000次编程/擦除周期，可保存数据100年。24C02具备一个16字节的页写缓冲器和一个写
保护的功能。通过I2C总线通讯读写芯片数据，通讯时钟频率可以达400KHz。同时它又可以在高于普通电压的作用下
擦除与重写，这样就大大方便了单片机对其的开发，现在电脑上的ROM很多都是用的EEPROM，十分的方便。
其管脚图如下：
3.6.2引脚功能描述
　　其中A0、A1、A2用于定义芯片地址，VCC和GND是供电正负接口，SCL和SDA是IIC的数据总线，WP是写保护（若接
VCC则该芯片所有内容都被保护，只读不写，一般直接接地）。
3.7报警电路
本设计要求在检测到对象数值超过或低于所设定的上下限值时，发出警报，故本装置设计三极管和蜂鸣器两者组成
声音报警电路进行声音报警。
3.7.1 蜂鸣器（报警器）
　　蜂鸣器是一种较为普通的电子报警装置。它被分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。在本设计中采用有源蜂鸣器来作
为声音警报系统的一部分。有源蜂鸣器是一种一体化的电子讯响器，采用直流的电压供电。有源蜂鸣器内部有独立
的音源，当通过电流时可以持续发出指定的声音。而无源蜂鸣器仅在通电的一刹那会发出响声。有源蜂鸣器可持续
的发声但是无源蜂鸣器的音色比前者的更好，可通过单片机的PWM控制其音调。在本设计中，如果检测到数值超过预
设区间，就会触发声音报警电路，蜂鸣器出声即可，无需特殊旋律，所以选用有源蜂鸣器即可完成要求。
3.8 控制电路
本设计用了2个继电器，分别被用来升温和降温。在本设计中，其电路图如图3.11所示。

图3.11 控制电路

第四章 软件设计

4.1 Keil简介
　　由于我们是用C语言进行程序的编写，所以Kill μVision5 C51软件就是我们在选择写程序时的最好的方案。
Keil C51是由美国Keil Software公司研发的51系列兼容单片机C语言的开发系统。Keil软件为人们提供了C编译器、
宏汇编、库管理、和仿真调试器等，集人们所需的各种功能于一身，通过集成开发环境为人们在编写程序时提供了
极大的便利。
4.2软件设计总体思路
　　作为一个环境检测温度装置，要求本装置能够进行环境的温度上下限自主设置，在超过理想设定的范围时进行
声音报警。而这些功能的实现则需要软件和硬件相搭配，共同实现。在编写软件程序时，主要是分块编写最后整
合。程序包括两部分主程序和子程序，主程序起调用其它子程序的作用，子程序是负责实现报警、显示、测温度等
各项部分功能。
4.3程序编写测试
　　软件方面主要分为显示器模块程序编写、温度检测模块编写、按键模块程序编写、声音报警电路程序编写等这
几个子程序编写。先找一些有关的软件程序进行参考和借鉴，再根据自己实际的课题要求用KEIL软件进行程序编
写。
4.4主程序流程图
本设计根据输入设置可以检测环境温度，进行显示，如果超过预设的温度值，相应的继电器工作，声音电路进行警
报，并且继电器控制设备进行工作。主流程图如图4.1所示：

图4.1 主程序流程图
4.5子程序流程图
4.5.1 DS18B20温度传感器流程图
　　DS18B20监测温度，将检测到的数据发送给单片机，经单片机处理后在显示器上显示实时的温度值。在温度传感
器进行检测之前，单片机要先发送一个起始信号给它，传感器收到信号后开始进行工作检测温度，将检测到的温度
依次发往单片机中，
4.5.2 LCD1602液晶显示器流程图
在液晶器开始显示前，需要先找一个位置表示现在要在这个位置开始显示字符，本设计是在第一行的第三个位置进
行数值显示的，第二行同理。将检测到的数据进行加工处理变成字符码显示出来。每一次显示时，LCD1602都是在最
开始时完成定位，之后每显示完一个字符都会自动定位到下一位需要的显示的字符。
4.5.3声音报警模块流程图
本电路具体由发光二极管和蜂鸣器组成，在检测值超过设定区间后，开始发出报警
4.5.4按键流程图
本设计主要有三个按键，设置键、加按键、减按键。通过按下设置键进入设置界面，当光标定位到某一数值时就可
以对此数值进行设置。按下加按键数值上升，报警上下限变高，按下减按键数值下降，报警上下限变低，

第五章 软件仿真

5.1仿真软件介绍
　　本次设计的仿真功能采用proteus来实现。proteus是一款十分有名的电路仿真软件，这个软件由是英国 Lab
Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器
件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一
键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真、PCB原理图设计和虚拟模
型仿真合三为一 的设计软件，内置的处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、
8086和MSP430等诸多的型号，在2010年又新增加了Cortex和DSP系列的处理器，并且一直在增加其他系列处理器模
型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等许多编译器。它对于新手或者苦于找不到电路仿真软件的人来说是
一个福音。
5.1 程序调试
　　由于程序是先从各个模块开始进行编写的，因此最后要进行整合。在将各个子程序整合成主程序时注意连接的
语句部分。
5.2调试结果
　　本装置可以实现对环境温度的实时监测并在显示器上进行清晰显示，第一行显示当前温度，第二行显示当前温
度状态，即正常，过冷，过热，在检测到室内环境超出预设值时可以进行声音报警，相关设备发出动作。通过按键可以对监测对象的上下限值进行切换、加减。但有些部分还是有一些不足之处。总的来说，本装置基本可实现任务
要求，如图5.1所示。

图5.1 仿真原理图
　　其中，温度数据采集模块中温度传感器DS18B20的DQ端接P1.0口; 显示模块LCM1602的DB0~DB7数据端口接P0.
0~P0.7口，数据命令选择端RS接P2.0口，读写选择端接P2.1口，使能信号接P2.2口;温度.上下限调整模块包括模式
切换、增加温度上下限值,减少温度上下限值等功能，它们分别接引脚P2.2~P2.4; 外部存储模块为AT24C02C,其
SCK，SDA分别接P3.0口与P3.1口; XTAL1、 XTAL2接振荡电路，RST接复位电路，EA接高电平，LCM1602上的VO、RST
接电源+5V，GND接地。根据上述连接方法来连接电路图，在Proteus8.13里面建立元器件连接关系，生成控制系统的
原理图。根据设计功能的要求在Kill μVision5 C51环境下进行编写C语言程序，并生成十六进制的hex文件，把此
文件加载到Proteus8.13中控制系统的原理图，点击三角形按钮，就可以进行模拟仿真了。

结 论

本次设计的是一个基于单片机的环境监测装置，本装置功能丰富，可以对当前环境各项指数进行实时监测并显
示，可以根据自身习惯进入设置界面对温度的上下限进行设置。在超过上下限时相应的指示灯亮起，向人们显示哪
种因素超限。同时，声音报警电路被触发进行报警，随后相关设备开始动作使得环境达到标准。
　　本系统设计完成了报警电路、显示电路、按键电路，温度检测电路等的软件设计，将各个模块有机整合在一起
最终组成了整个装置。通过理论分析和查阅相关资料，基本完成任务目标。
　　本设计将单片机、C语言等知识有机结合在一起，通过动手设计不断深化相关知识。经过此次锻炼，对相关方面
的知识和理解加深了一个层次。