摘要：本文所研究的溫度測(cè)量系統(tǒng)包括：單片機(jī)，溫度傳感器，電源電路、液晶顯示電路，溫度采集電路，報(bào)警電路等組成，利用溫度傳感器將溫度的變化，變換成電流的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓變化最后再傳給單片機(jī)，單片機(jī)把數(shù)據(jù)顯示成溫度變化，如超過規(guī)定溫度范圍則啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有一定測(cè)溫范圍，且實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；單片機(jī)；報(bào)警

1 引言

在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，溫度是一個(gè)很重要的物理量，它無時(shí)無刻不和我們相關(guān)。因此它的測(cè)量與控制顯得很重要。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度?，F(xiàn)階段，隨著傳感技術(shù)與通訊技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)等的出現(xiàn)，更加推動(dòng)啦它的發(fā)展。單片機(jī)有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此采用單片機(jī)對(duì)溫度來進(jìn)行控制，能夠大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，且產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量也能進(jìn)一步提高。本文正是基于此目的，提出一種溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖所示，它是以單片機(jī)和傳感器為核心的測(cè)量系統(tǒng)。

圖1報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 系統(tǒng)模塊的工作原理介紹

溫度采集模塊的主要功能是通過溫度傳感器感應(yīng)溫室溫度并轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，通過轉(zhuǎn)化模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并存取溫度數(shù)據(jù)。溫度顯示模塊的主要功能是在控制模塊的控制下將控制模塊寫入的數(shù)據(jù)顯示在晶屏上，便于讀取溫度數(shù)值。

利用溫度傳感器DS18B20可以直接讀取被測(cè)溫度值，被測(cè)溫度值經(jīng)過DS18B20處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與之前設(shè)置的溫度報(bào)警范圍進(jìn)行對(duì)比，如超過規(guī)定溫度范圍就蜂鳴報(bào)警，并在LCD1602中顯示出來。

3 系統(tǒng)硬件部分介紹

3.1 電源電路設(shè)計(jì)

電源電路其主要作用是為單片機(jī)提供工作電源。因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且電路功耗很小。LM7805系列為3端穩(wěn)壓器件，能提供5V的輸出電壓。應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路等。電路圖如下圖所示

圖2電源電路

3.2 溫度采集電路設(shè)計(jì)

DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。本系統(tǒng)為多路溫度采集電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I/O來驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。

3.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器，采用掃描的方式對(duì)多點(diǎn)DS18B20溫度傳感器獲取對(duì)應(yīng)該位置的溫度值，經(jīng)處理后通過串口可以立即發(fā)送到上位機(jī)，如溫度不在設(shè)定的內(nèi)，給出聲光報(bào)警信號(hào)。

3.4 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

顯示設(shè)計(jì)采用的是液晶LCD1602來顯示溫度、報(bào)警方位等。在液晶顯示同一畫面上顯示三個(gè)方位實(shí)時(shí)溫度的信息及溫度超過報(bào)警信息。反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明溫度、可靠。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序，顯示子程序、按鍵掃描子程序、設(shè)置溫度子程序等組成。主程序流程圖如下圖所示。首先初始化LCD1602，然后檢測(cè)18B20是否工作正常，隨后進(jìn)行鍵盤掃描。掃描后從中讀取之前設(shè)置溫度的范圍，并從DS18B20中讀取當(dāng)前的溫度進(jìn)行計(jì)算，如果達(dá)到報(bào)警要求，報(bào)警電路進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。

圖3主程序流程圖

4.2 軟件設(shè)計(jì)的主程序說明

5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)電路圖及其說明

應(yīng)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)通過AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，AT89C51單片機(jī)的主控電路包括：復(fù)位電路、時(shí)鐘電路。

復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)用到一定的復(fù)位延遲時(shí)間。復(fù)位電路軟件程序跑飛或者硬件發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，控制MCS-51單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，重新執(zhí)行軟件程序。

時(shí)鐘在單片機(jī)中非常重要，直接影響單片機(jī)的速度，也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。MCS-51單片機(jī)常選擇振蕩頻率12MHz的石英晶體。外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片MCS-51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。在這次設(shè)計(jì)中只用一個(gè)MCS-51單片機(jī)，所以采用MCS-51的內(nèi)部時(shí)鐘方式。

綜上所述，總電路圖如圖4和圖5所示：

圖4復(fù)位電路

圖5復(fù)位電路