孔燦斐?班戈?歐陽偉華?李蕭蕭

摘 要：溫度的測量和控制在日常生活中有著重要的意義。本系統(tǒng)以AT89S52單片機為核心，集成電路溫度傳感器DS18B20為測溫器件，LED數(shù)碼管為顯示器件的溫度測量報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)測溫精度高，且具有對溫度進行實時監(jiān)控以及超過預(yù)先設(shè)定值報警的功能，系統(tǒng)整體設(shè)計簡單實用、性能可靠，具有一定的應(yīng)用價值，可推廣性高。

關(guān)鍵詞：溫度測量報警；AT89S52；DS18B20；LED數(shù)碼管

1. 引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進步和發(fā)展，溫度作為一個非常重要的物理量在冶金、水泥、玻璃、電力工業(yè)、機械制造、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域都需要被涉及到，而且這些行業(yè)對于溫度檢測的要求越來越高。隨著對溫度的研究也衍生出了各種各樣的溫度傳感器。與此同時，信息科學(xué)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展也給人們的生產(chǎn)、生活帶來了一個巨大的飛躍，使社會更加自動化和智能化給數(shù)以百萬計的用戶帶來方便。以此為構(gòu)想來設(shè)計溫度測量報警系統(tǒng)能更貼近人們的生活，也可以更加精準的控制溫度的變化。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理分析

本系統(tǒng)需要先利用鍵盤設(shè)定溫度報警的范圍，然后利用傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，經(jīng)單片機處理后將設(shè)定溫度以及實時溫度顯示在數(shù)碼管上，在溫度達到報警溫度臨界點時報警系統(tǒng)進行報警，對操作員給以提醒。系統(tǒng)采用高精度溫度傳感器DS18B20作為溫度測量設(shè)備的測溫器件。DS18B20內(nèi)部集成半導(dǎo)體溫度傳感器和信號處理電路，輸出為模擬電壓信號。主控部件采用AT89S52單片機，該單片機不需要燒寫器，只需借助PC并口輸出和簡單的下載電路，便可以通過串行方式將程序?qū)懭?。除此之外下載電路在系統(tǒng)中也可以設(shè)計，可以在任何時候?qū)纹瑱C軟件進行修改而沒有任何硬件的變化。為了實現(xiàn)溫度的實時顯示，設(shè)計采用晶體管顯示設(shè)備。將LED燈和蜂鳴器報警指示器作為報警指示裝置。系統(tǒng)電路圖如下圖所示：

3. 系統(tǒng)硬件的設(shè)計

3.1 單片機AT89S52系統(tǒng)設(shè)計

AT89S52作為低功耗，高性能的CMOS 8位單片機，其具有8K系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，該器件由ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，包括MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，并且芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)里編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52支持兩種軟件可選

擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止

3.2 溫度傳感器DS18B20系統(tǒng)設(shè)計

DS18B20測量溫度范圍為 -55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C。DS18B20可以通過程序設(shè)定9～12位的分辨率，此外用戶設(shè)定的報警溫度會存儲在EEPROM中，掉電后依然保存，不會丟失。

3.3 LED數(shù)碼管顯示系統(tǒng)設(shè)計

本次設(shè)計采用4位共陽極LED數(shù)碼管從P14，P15，P16，P17串口輸出段碼。用PNP三極管進行驅(qū)動，當(dāng)相應(yīng)的端口變成低電平時，驅(qū)動相應(yīng)的三極管會導(dǎo)通，驅(qū)動三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時只要P0口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。

3.4 報警電路設(shè)計

在報警電路中添加一個PNP三極管驅(qū)動，將基極接單片機P11口，當(dāng)端口變成低電平時，驅(qū)動三極管會導(dǎo)通，VCC電壓加載到蜂鳴器使其發(fā)聲報警且發(fā)光二極管亮。

4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了更方便于程序的修改，系統(tǒng)的設(shè)計流程模塊包括溫度采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、報警輸出四個部分。溫度的采集所用到的器件是溫度傳感器DS18B20，而A/D轉(zhuǎn)換功能和報警輸出功能是用單片機進行控制的，再然后數(shù)據(jù)處理部分是在單片機接收A/D轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)據(jù)之后并在其內(nèi)部進行并完成的，其給出的結(jié)果將會決定報警輸出模塊是否需要進行工作。具體的工作流程如下所述：設(shè)定一個報警溫度限定值，然后DS18B20就會采集溫度，并且將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，A/D轉(zhuǎn)換則是對線性放大后的模擬電信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并進而成為單片機可以處理的數(shù)字信號，單片機對該數(shù)字信號進行分析然后將分析結(jié)果送至報警輸出電路中，然后報警輸出電路就會根據(jù)該分析結(jié)果做出相應(yīng)的反應(yīng)。整個過程的流程圖如左圖

所示。

5.結(jié)束語

本次研究設(shè)計的溫度測量自動報警系統(tǒng)核心圍繞AT89S52單片機展開，整個系統(tǒng)由構(gòu)造簡單、成本較低的中央處理單元與外圍擴展模塊組合而成，并且具有在-55℃～+125℃的范圍內(nèi)工作的良好性能。該溫度控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)裝置相比，具有主機接口簡單、結(jié)構(gòu)靈活、調(diào)試方便等特點，最突出的是修改調(diào)試方面，只需在工作前設(shè)定一個報警臨界值，就可以運用在溫度傳感器量程內(nèi)的各個領(lǐng)域，經(jīng)過大量實驗數(shù)據(jù)表明這種測溫系統(tǒng)轉(zhuǎn)換速度快、精度高，是具有設(shè)計新穎的創(chuàng)新型溫控系統(tǒng)。

參考文獻

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