王瑾　袁戰(zhàn)軍

摘 要：溫度報警電路是電阻爐溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分。針對電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實際報警要求，文章分析了幾種常用的報警電路，提出了一種基于AT89S52單片機(jī)的溫度音樂報警電路設(shè)計方案。詳細(xì)介紹了音樂報警電路和越限報警控制程序的設(shè)計方法。實驗測試表明，該報警電路可以有效地進(jìn)行電阻爐溫度的上、下限報警和工作狀態(tài)指示，并具有結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、音量可調(diào)、音樂優(yōu)美等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：溫度控制；報警電路；AT89S52單片機(jī)；越限報警

自動控制系統(tǒng)中，為了保證生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境和工作人員的安全，對于一些重要參數(shù)和系統(tǒng)關(guān)鍵部位，都要進(jìn)行實時監(jiān)控并設(shè)計緊急狀態(tài)報警電路；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，及時發(fā)出報警信號，指示故障準(zhǔn)確位置，以便工作人員采取措施，保障系統(tǒng)安全。

在一個電阻爐溫度控制系統(tǒng)中，需要對電阻爐溫度進(jìn)行在線檢測，當(dāng)電阻爐溫度超過所設(shè)置的上、下限溫度值時，系統(tǒng)可以控制報警電路進(jìn)行相應(yīng)的越限報警。因此，文章針對電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實際報警要求，進(jìn)行了溫度報警電路的設(shè)計。

1 越限報警原理

越限報警是自動控制系統(tǒng)中最常見的一種報警方式，分為上限報警、下限報警和上下限報警。報警參數(shù)可以是被測參數(shù)、被控參數(shù)、輸入偏差及控制量等；設(shè)需要判斷的報警參數(shù)為X，該參數(shù)的上限值為Xmax，下限值為Xmin，則有如下三種越限報警情況：

（1）上限報警。如果X>Xmax，則發(fā)出上限報警信號，否則繼續(xù)執(zhí)行原程序。

（2）下限報警。如果X

（3）上下限報警。如果X>Xmax，則發(fā)出上限報警信號；否則判斷是否X

設(shè)計報警程序時，為了避免測量值在極限值附近來回擺動而造成頻繁報警，因此在上、下限值附近設(shè)置了一個回差帶，則越限報警范圍如圖1所示。

圖1中，H、L分別為上限回差帶寬和下限回差帶寬。當(dāng)測量值超過 A 點（越上限報警值）時，才算越上限，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，輸出越上限報警信號；而當(dāng)測量值回復(fù)到 B 點（越上限復(fù)位值）以下時，進(jìn)行越上限復(fù)限，撤銷越上限標(biāo)志和停止報警。同理，當(dāng)測量值向下超過 C 點（越下限報警值）時，才算越下限，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，輸出越下限報警信號；而當(dāng)測量值回復(fù)到 D 點（越下限復(fù)位值）以上時，進(jìn)行越下限復(fù)限，撤銷越下限標(biāo)志和停止報警。

2 報警電路的選擇

在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，通?？梢圆捎寐暋⒐?、語言等信號進(jìn)行報警，根據(jù)報警信號的不同報警電路可以分為以下三種類型：一是閃光報警，即通過閃爍的指示燈引起工作人員注意；通常采用單片機(jī)的一個I/O口線驅(qū)動LED，只要該I/O口線發(fā)出一定頻率的高、低電平信號，即可使LED閃爍。二是語音報警，通過語音播放，可以給工作人員提供報警對象的具體信息，但是電路設(shè)計比較復(fù)雜，需要用到語音錄放芯片。三是鳴音報警，即通過發(fā)出特定的鳴音，引起工作人員的警覺；鳴音報警的方法包括兩種，一種是蜂鳴音報警，另一種是音樂報警。

由于蜂鳴音報警電路簡單實用，可滿足一般音響報警的需要，但是不足之處在于采用壓電鳴音元件，音量較小，音調(diào)單一且不可調(diào)整；而音樂報警電路與單片機(jī)系統(tǒng)連接時，方便易行，并且報警聲優(yōu)美動聽。綜合考慮以上情況，本系統(tǒng)報警電路在設(shè)計時采用音樂報警電路。

3 音樂報警電路的設(shè)計

系統(tǒng)所設(shè)計的音樂報警電路如圖2所示。該電路具有燈光指示和音樂報警兩個功能，圖中，AT89S52單片機(jī)P1.0引腳用于控制下限報警，P1.1引腳用于控制上限報警，P1.2引腳用于指示系統(tǒng)正常工作；同時，P1.0、P1.1、P1.2引腳分別連接了一個紅色、黃色、綠色發(fā)光二極管，用于指示系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)。

系統(tǒng)的音樂報警電路包括兩部分，一部分是“樂曲發(fā)生器”電路，由集成電子音樂芯片7920A組成；另一部分是“放大電路”，采用集成放大器M51182L，可以驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出樂曲報警聲，音量可由10KΩ電位器調(diào)整。

電路工作原理如下：AT89S52單片機(jī)的P1.0、P1.1引腳相“或”后，與“樂曲發(fā)生器”7920A的輸入端MT相連接；當(dāng)“或”門輸出高電平時，經(jīng)電阻分壓，“樂曲發(fā)生器”的輸入端MT變?yōu)?.5V高電平，輸出端Vout便可輸出樂曲信號；經(jīng)M51182L放大后驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出樂曲報警聲。反之，當(dāng)“或”門輸出低電平時，“樂曲發(fā)生器”7920A因MT輸入低電平而關(guān)閉，停止揚(yáng)聲器奏樂。AT89S52的P1.1、P1.0引腳的輸出電平由接口電路的控制程序決定。報警控制程序包含兩個子程序，一個是啟動報警子程序，另一個是停止報警子程序；當(dāng)單片機(jī)檢測到電阻爐溫度超過上限值或下限值時，就調(diào)用一次啟動報警子程序時，產(chǎn)生報警樂曲聲，直到調(diào)用一次停止報警子程序，樂曲才結(jié)束。

4 越限報警控制程序設(shè)計

系統(tǒng)越限報警控制程序流程如圖3所示。其程序設(shè)計思想為：首先，電阻爐溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行爐溫采樣，并將采樣值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波。其次，將處理過的爐溫數(shù)字量與設(shè)定的爐溫越上限報警值相比較，如果越上限，就給越上限標(biāo)志位置1，并輸出聲光報警信號；否則，取設(shè)定的爐溫越上限復(fù)位值。接著，將爐溫數(shù)字量與爐溫越上限復(fù)位值相比較，如果小于該值，就復(fù)位上限，并將越上限標(biāo)志位清零，撤消聲光報警信號；否則，返回主程序。同理，將爐溫數(shù)字量分別與越下限報警值、越下限復(fù)位值相比較，來判斷程序是否需要進(jìn)行越下限報警或者復(fù)位下限。最后，當(dāng)上述報警程序處理完畢后，返回主程序。

5 實驗測試

在現(xiàn)場測試中，將所設(shè)計的溫度報警電路應(yīng)用于電阻爐溫度控制系統(tǒng)中，并且設(shè)定溫度的上、下限值分別為80℃、30℃，上限回差帶寬H和下限回差帶寬L均為10℃，當(dāng)對電阻爐分別多次進(jìn)行通電加熱升溫和斷電自然降溫操作時，測試爐溫報警電路的工作情況。結(jié)果表明，當(dāng)檢測到爐溫超過爐溫越上限報警值85℃時，報警電路的黃色二極管L2發(fā)光，并發(fā)出音樂報警信號；當(dāng)檢測到爐溫下降并低于爐溫越上限復(fù)位值75℃時，綠色二極管L1發(fā)光，并停止音樂報警信號；當(dāng)檢測到爐溫低于爐溫越下限報警值25℃時，紅色二極管L3發(fā)光，并發(fā)出音樂報警信號；當(dāng)檢測到爐溫上升并超過爐溫越下限復(fù)位值35℃時，綠色二極管L1發(fā)光，并停止音樂報警信號。

實驗測試結(jié)果表明，所設(shè)計的報警電路具有結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、音量可調(diào)、音樂優(yōu)美等優(yōu)點，可有效進(jìn)行電阻爐溫度的上、下限報警和工作狀態(tài)指示。

6 結(jié)束語

溫度報警電路是電阻爐溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分之一，文章以AT89S52單片機(jī)為微處理器，實現(xiàn)了電阻爐溫度報警電路的設(shè)計。重點介紹了音樂報警電路和報警控制程序的設(shè)計方法。實際測試結(jié)果表明，所設(shè)計報警電路能較好地完成系統(tǒng)的聲光報警要求，報警音量大小可調(diào)節(jié)，報警音樂優(yōu)美。同時，該報警電路設(shè)計具有一定通用性，也可用于其它控制系統(tǒng)的報警電路設(shè)計中。

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作者簡介：王瑾（1974-），女，陜西咸陽人，碩士，副教授。研究方向：計算機(jī)控制及電子信息。