中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院 雷 霖 沈小林 李 萍

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基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院 雷 霖 沈小林 李 萍

【摘要】本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)的多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、信息處理等多種信息技術(shù)相互融合，采用了模塊化設(shè)計(jì)，簡便易行，可靠穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】AT89C51；DS18B20；LCD1602；X5045P

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制器，進(jìn)行主要的信息處理；采用五個(gè)DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行多點(diǎn)的溫度采集；采用看門狗芯片X5045P與復(fù)位電路結(jié)合防止系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)的混合電路；應(yīng)用LCD1602顯示模塊可以實(shí)時(shí)循環(huán)顯示五路溫度；鍵盤電路可以手動調(diào)節(jié)溫度上下限；系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)部分與報(bào)警部分由繼電器、蜂鳴器、LED燈組成。如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

在整個(gè)系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)也采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方式，包括主程序模塊，初始化參數(shù)設(shè)置模塊，數(shù)據(jù)采集程序模塊，顯示模塊，調(diào)節(jié)模塊。在這個(gè)系統(tǒng)中單片機(jī)部分采用C語言編程。

2 系統(tǒng)實(shí)用性分析

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能是：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度，允許用戶設(shè)定溫度上下限值。當(dāng)環(huán)境溫度超過或低于上下限時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提示，控制設(shè)備自啟動。待達(dá)恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)范圍后，報(bào)警結(jié)束，控制設(shè)備停止運(yùn)行。具體實(shí)現(xiàn)功能如下：

能夠自主調(diào)節(jié)大棚需要溫度上下限值。在系統(tǒng)上面有調(diào)節(jié)按鈕，可隨時(shí)根據(jù)需要增加或者減少預(yù)設(shè)值，并通過LCD1602顯示預(yù)設(shè)溫度上下限。

實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度值的實(shí)時(shí)采集。根據(jù)測量的實(shí)際需要，由五路溫度傳感器對關(guān)鍵敏感點(diǎn)進(jìn)行測量。由AT89C51單片機(jī)對各路數(shù)據(jù)進(jìn)行五路循環(huán)檢測與數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)溫度的智能與多點(diǎn)測量，并通過LCD1602實(shí)時(shí)顯示測量溫度。

實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警。一旦發(fā)現(xiàn)被測溫度超過了預(yù)設(shè)溫度上下限，報(bào)警電路啟動，蜂鳴器發(fā)聲，對應(yīng)支路紅色LED報(bào)警燈亮起。

實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。一旦發(fā)現(xiàn)被測溫度超過了預(yù)設(shè)溫度上限，控制電路立刻啟動，繼電器工作，開始通風(fēng)降溫；一旦發(fā)現(xiàn)被測溫度超過了預(yù)設(shè)溫度下限，控制電路立刻啟動，繼電器工作，開始加熱升溫。

系統(tǒng)性能技術(shù)指標(biāo)：

測溫范圍：-20℃～80℃

測溫精度：±0.5℃

3 系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的硬件接口電路的設(shè)計(jì)包括：時(shí)鐘電路、檢測電路、顯示電路、復(fù)位電路、鍵盤電路、報(bào)警電路與調(diào)節(jié)電路。

3.1 時(shí)鐘電路

AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自振蕩器。電容C1和C2取30pF，可穩(wěn)定頻率并對振蕩器頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖電路范圍為fosc=0～24MHz[1]。

3.2 復(fù)位電路

AT89C51系列單片機(jī)，在啟動時(shí)需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。AT89C51單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)部的施密特觸發(fā)器中的[2]。本設(shè)計(jì)采用的是通過接通一銨鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的手動復(fù)位并結(jié)合看門狗防止進(jìn)入死循環(huán)的混合電路。

3.3 看門狗電路

X5045P看門狗芯片VCC與WP引腳共接5V外接電源；GND引腳接地；RST引腳與單片機(jī)RST引腳共接；SI,SO,SCK,CS/WDI引腳分別連接單片機(jī)P1.4～P1.7引腳。

3.4 檢測電路

系統(tǒng)檢測電路由五個(gè)溫度傳感器是DS18B20并接構(gòu)成。檢測電路中五個(gè)DS18B20傳感器VCC引腳共接5V外接電源；五個(gè)GND引腳共接接地；五個(gè)I/O引腳一端經(jīng)4.7K歐的上拉電阻與5V外接電源連接，另一端與單片機(jī)P1.3引腳連接。圖2為時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、看門狗電路、檢測電路的電路圖。

3.5 顯示電路

系統(tǒng)顯示電路由LCD1602構(gòu)成，LCD1602的VDD引腳與5V外接電源連接；VSS與BLK共接接地；VL與BLA引腳共接經(jīng)1.8K歐上拉電阻與5V外接電源連接；RS,R/W,EN引腳分別與單片機(jī)P2.7～P2.5引腳連接；LCD1602的D0～D7引腳分別與單片機(jī)的P0.0～P0.7引腳連接。

3.6 鍵盤電路

系統(tǒng)鍵盤電路由4個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成。開關(guān)S1～S4一端共接接地，另一端分別與單片機(jī)P3.2～P3.5引腳連接構(gòu)成鍵盤電路。

3.7 報(bào)警電路與調(diào)節(jié)電路

系統(tǒng)報(bào)警電路由蜂鳴器電路與五個(gè)對應(yīng)支路紅色LDE報(bào)警燈構(gòu)成。單片機(jī)P3.7引腳控制蜂鳴器電路。報(bào)警燈電路由五個(gè)LED燈一端分別經(jīng)過五只1K歐上拉電阻與外接電源連接，另一端接單片機(jī)P2.0 ～P2.4引腳。圖3為顯示、鍵盤、報(bào)警與調(diào)節(jié)電路電路圖。

圖2　時(shí)鐘、復(fù)位、看門狗、檢測電路總體電路圖

圖3　顯示、鍵盤、報(bào)警與調(diào)節(jié)電路電路圖

4 結(jié)論

本文將數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)及信息存儲技術(shù)等相互融合，提出了一種切實(shí)可行的多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，全面、實(shí)時(shí)、自動地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

與普通的溫度測控系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)人性化設(shè)計(jì)：根據(jù)不同需求，能夠由用戶把不同的界限溫度輸入并通過顯示器顯示，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的顯示采樣溫度值；2)精確地控制：通過五個(gè)傳感器采集溫度值，能夠準(zhǔn)確的全方位的判斷當(dāng)前溫度是否超標(biāo)；及時(shí)的啟動報(bào)警裝置（包括對應(yīng)支路的警報(bào)燈提示以及蜂鳴器發(fā)聲提示）進(jìn)行聲光報(bào)警。

參考文獻(xiàn)

[1][2]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第三版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.