(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628017)

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，溫度的監(jiān)測與控制已在日常生活中普及，比如空調(diào)、冰箱、飲水機等都需要對溫度進行監(jiān)測與控制。以前人們對溫度的控制是通過人工來實現(xiàn)的，但存在安全隱患而且效率不高。

工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活生產(chǎn)過程中都需要實時測量溫度，因此對溫度進行智能監(jiān)測具有非常重要的意義。目前，對溫度的檢測和控制逐漸向著數(shù)字化、精細化、智能化控制方向發(fā)展。為了實現(xiàn)人們對溫度的實時監(jiān)測，方便人們的生活、工業(yè)的生產(chǎn)以及科學(xué)事業(yè)的研究，設(shè)計一款實用性強、操作方便的智能溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)是非常有必要的。

1 方案設(shè)計

采用STC89C52單片機作為其核心，該單片機價格便宜，功能比較強大，性價比高，且易于采購。通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器來采集溫度，送入單片機中，對數(shù)據(jù)進行處理并完成相應(yīng)的動作，以達到自身控制，液晶顯示采用1602LCD實時顯示工作狀態(tài)。此方案采用程序化的管理，能實現(xiàn)智能化的控制，以及數(shù)字的實時顯示，當溫度超過限位值時蜂鳴器發(fā)出報警聲，滿足了新發(fā)展方向的要求。

1.1 電源模塊

由于本系統(tǒng)采用電池供電，且單片機的工作電壓范圍為4～5.5 V，所以考慮了如下供電系統(tǒng)方案。

采用3節(jié)1.5 V5號干電池串聯(lián)，共4.5 V給單片機傳感器供電，4.5 V在單片機傳感器工作電壓內(nèi)。經(jīng)過實驗驗證，能夠滿足系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，電池更換方便。

1.2 顯示模塊

用LCD液晶進行顯示。LCD由于其顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，使用方便，顯示快速，所以得到了廣泛的應(yīng)用。對于此系統(tǒng)我們選用1602液晶能夠很好地滿足顯示要求。

1.3 溫度傳感器

考慮使用數(shù)字溫度傳感器，并結(jié)合單片機電路設(shè)計，采用一只DS18B20溫度傳感器，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理器處理。DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的線式數(shù)字溫度傳感器，具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強易配處理器等優(yōu)點，特別適合用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(按9位二進制數(shù)字)給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測量范圍-55 ℃～+125 ℃，可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.062 5 ℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個DS18B20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上，CPU只需要一根端口線就能與多個DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。從而可以看出DS18B20可以非常方便地被用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 溫度計電路框圖

1.4 主控制模塊

要使單片機工作起來最基本的電路構(gòu)成為單片機最小系統(tǒng)電路，如圖2所示。

單片機最小系統(tǒng)由單片機、復(fù)位電路、時鐘電路構(gòu)成。

復(fù)位電路就是確定單片機的工作起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態(tài)。當單片機系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路，需要接上電阻來提高輸出高電平的值。

時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12 MHz，一個振蕩周期為1/12 μs。

圖2 單片機最小系統(tǒng)

1.5 供電系統(tǒng)模塊

采用3節(jié)1.5 V 5號干電池串聯(lián)供電，共4.5 V，如圖3所示。

圖3 供電系統(tǒng)

1.6 顯示模塊

顯示模塊采用1602液晶顯示接口電路，如圖4所示。

圖4 1602液晶顯示電路

1.7 軟件設(shè)計

1.7.1 程序結(jié)構(gòu)分析

單片機主程序調(diào)用了3個子程序，分別是LCD1602液晶顯示程序、溫度信號處理程序、按鍵設(shè)定報警溫度程序。溫度信號處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進行處理、判斷和顯示。LCD1602液晶顯示程序：向LCD1602液晶的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。按鍵設(shè)定程序：可以設(shè)定低溫和高溫報警，并且溫度可精確到0.1 ℃。在DS18B20工作之前需要進行初始化，流程圖如圖5所示。

1.7.2 讀溫度子程序流程

讀溫度子程序的主要功能是從DS18B20中讀出溫度數(shù)據(jù)，移入溫度暫存器保存。其程序流程如圖6所示。

圖5 DS18B20初始化程序流程圖 圖6 讀溫度子程序流程圖

2 結(jié)語

本設(shè)計研究了一種基于51單片機技術(shù)的智能溫度監(jiān)測報警。該報警通過以AT89C52單片機為工作處理器核心，外接LCD1602液晶顯示器，它是一種專門顯示字符的液晶顯示器，能夠顯示字母、數(shù)字、符號等。該報警器的最大特點就是操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。

實現(xiàn)的功能：可設(shè)置溫度上限高溫報警和下限低溫報警，報警溫度可精確到0.1 ℃，并具有掉電保存功能，數(shù)據(jù)保存在單片機內(nèi)部EEPOM中，如果進入設(shè)定界面沒有操作將會自動退出界面。人性化的按鍵設(shè)置，按鍵還具有連加、減功能。LCD1602液晶顯示的好處能夠同時直觀地看到實際溫度和上、下限報警溫度。本設(shè)計單片機呈現(xiàn)出的優(yōu)勢有：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作簡單，讀數(shù)和使用方便，測溫準確、環(huán)境適應(yīng)能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度的實時控制，并且具有廣泛的應(yīng)用前景。