王浩 王進(jìn)霞 李胡勇

摘要：本設(shè)計(jì)裝置主要利用溫度傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)以及散熱設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)精密儀器溫度的控制，隨時(shí)保障儀器的安全使用。測試表明，此溫度監(jiān)控設(shè)備靈敏度高、穩(wěn)定、功耗低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，很好的完成了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：STC89C52；溫度傳感器DS18B20；實(shí)時(shí)監(jiān)控；散熱1設(shè)計(jì)背景

在科技不斷發(fā)展的條件下，人們也越來越重視安全與成本方面的問題，而且現(xiàn)在的電子儀器集成度高，價(jià)格昂貴，且易發(fā)熱，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部元件燒毀，修理費(fèi)用高昂，程序繁雜。本文通過市場調(diào)查，分析了人們的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)研發(fā)出一款能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測并及時(shí)為發(fā)熱超標(biāo)的儀器設(shè)備進(jìn)行降溫的溫度超標(biāo)自動(dòng)降溫設(shè)備，隨時(shí)保障精密儀器的安全使用。

2系統(tǒng)方案

整個(gè)溫度超標(biāo)自動(dòng)散熱系統(tǒng)有溫度監(jiān)測模塊、報(bào)警器模塊、主控制模塊以及散熱設(shè)備這四大模塊組成，以實(shí)現(xiàn)對(duì)精密儀器的溫度控制。

溫度檢測模塊：選用美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，獨(dú)特的單線接口方式、測溫范圍-55℃～＋125℃，工作電源3~5V/DC。報(bào)警模塊：蜂鳴器5V（SOT塑封封裝）有源蜂鳴器，長聲。供電模塊：供電模塊采用220V50Hz經(jīng)變壓器得到5V直流電給主控模塊供電，由主控模塊給其他功能模塊供電。主控模塊：整合處理控制各功能模塊，STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器它帶有32個(gè)IO口，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。DC5V供電。散熱設(shè)備：采用軸流式散熱方式，單片機(jī)通過三極管控制繼電器，繼電器的兩個(gè)端口接一個(gè)5v的直流小電機(jī)的正負(fù)級(jí)。通過溫度傳感器的測量數(shù)據(jù)讓單片機(jī)控制電機(jī)的啟停。如果檢測到溫度超過預(yù)定的溫度上限值，單片機(jī)就會(huì)立即控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行降溫。

3硬件電路設(shè)計(jì)

⑴溫度監(jiān)測電路。數(shù)字溫度傳感器DS18B20是美國DALL AS公司推出的單總線數(shù)字測溫芯片。具有獨(dú)特的單總線接口方式，僅需使用1個(gè)端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊。采用數(shù)字信號(hào)輸出提高了信號(hào)抗干擾能力和溫度測量精度。它有負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，DS18B20不會(huì)因接錯(cuò)線而燒毀，但不能正常工作。可以通過編程實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。

=DS18B20因其可以采用寄生電源方式供電，因此,一條總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)DS18B20，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。另外還可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值，DS18B20檢測到溫度值經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動(dòng)存入存儲(chǔ)器中，并與設(shè)定值TH或TL進(jìn)行比較，當(dāng)測量溫度超出給定范圍時(shí)，就輸出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)識(shí)別是高溫超限還是低溫超限。

⑵溫度超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警電路。如圖所示，蜂鳴器的正極接到VCC（＋5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過限流電阻R1后由單片機(jī)的P3.7引腳控制，當(dāng)P3.7輸出高電平時(shí)，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P3.7輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P3.7腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。程序中改變單片機(jī)P3.7引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。另外，改變P3.7輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們通過編程來實(shí)現(xiàn)。

⑶散熱器電路。有些精密儀器設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而這些多余的熱量不能快速散去并聚積起來產(chǎn)生高溫，很可能會(huì)毀壞正在工作的設(shè)備，這時(shí)散熱器便能有效地解決這個(gè)問題。散熱器的工作原理是熱量從發(fā)熱設(shè)備產(chǎn)生傳至散熱器再傳到空氣等物質(zhì)，通過熱力學(xué)中的熱量傳遞原則進(jìn)行傳遞。在我們的溫度超標(biāo)自動(dòng)散熱系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中，散熱器設(shè)備風(fēng)扇選用小功率的直流電機(jī)，單片機(jī)通過對(duì)溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析來決定繼電器的通斷，進(jìn)而控制散熱風(fēng)扇的運(yùn)行。當(dāng)檢測到儀器設(shè)備溫度超過預(yù)定值時(shí)，散熱設(shè)備自動(dòng)接通運(yùn)行，通過扇葉的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)周圍空氣的不斷流動(dòng),從而對(duì)其所保護(hù)的儀器進(jìn)行降溫，使其溫度降到預(yù)定值以下，保護(hù)儀器,使其不被損壞。

4軟件設(shè)計(jì)

軟件部分重點(diǎn)在于溫度上限的調(diào)節(jié)以及繼電器的實(shí)時(shí)控制。本系統(tǒng)程序主要包括主程序、DS18B20初始化、寫DS18B20、讀DS18B20的程序、溫度轉(zhuǎn)化子程序，蜂鳴器報(bào)警、繼電器控制等等。由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格保證初始化及讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。

本系統(tǒng)是以DS18B20型數(shù)字溫度傳感器作為溫度采集單元，單片機(jī)STC89C52為數(shù)據(jù)處理中心，蜂鳴器作為報(bào)警單元，加上散熱設(shè)備構(gòu)成的，設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于DS18B20工作時(shí)序的分析和溫度達(dá)到上限時(shí)及時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)散熱設(shè)備。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單易行，整機(jī)可靠性高，控制準(zhǔn)確，性能良好，方便人們對(duì)精密儀器溫度的控制，保證了儀器的正常運(yùn)行，其市場前景廣闊，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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