摘要：本文所研究的溫度測量系統(tǒng)包括：單片機，溫度傳感器，電源電路、液晶顯示電路，溫度采集電路，報警電路等組成，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，單片機把數(shù)據(jù)顯示成溫度變化，如超過規(guī)定溫度范圍則啟動報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有一定測溫范圍，且實用性強、可靠性高、測量精度高等特點。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；單片機；報警

1 引言

在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，溫度是一個很重要的物理量，它無時無刻不和我們相關(guān)。因此它的測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)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度?，F(xiàn)階段，隨著傳感技術(shù)與通訊技術(shù)的發(fā)展，單片機等的出現(xiàn)，更加推動啦它的發(fā)展。單片機有體積小、功能強、可靠性高等優(yōu)點，因此采用單片機對溫度來進行控制，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)量也能進一步提高。本文正是基于此目的，提出一種溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計方案。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計思想

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖

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

圖1報警系統(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，通過轉(zhuǎn)化模塊將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，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可以直接讀取被測溫度值，被測溫度值經(jīng)過DS18B20處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理，并與之前設(shè)置的溫度報警范圍進行對比，如超過規(guī)定溫度范圍就蜂鳴報警，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

電源電路其主要作用是為單片機提供工作電源。因為單片機工作電源為+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

DS18B20最大的特點是單總線數(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（單片機）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(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DS18B20進行預(yù)定的操作。本系統(tǒng)為多路溫度采集電路設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計，在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機的多個I/O來驅(qū)動多路DS18B20。

3.3 報警電路設(shè)計

為了實現(xiàn)多點溫度檢測報警系統(tǒng)，報警設(shè)計采用AT89C51單片機作為主控制器，采用掃描的方式對多點DS18B20溫度傳感器獲取對應(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，如溫度不在設(shè)定的內(nèi)，給出聲光報警信號。

3.4 液晶顯示電路設(shè)計

顯示設(shè)計采用的是液晶LCD1602來顯示溫度、報警方位等。在液晶顯示同一畫面上顯示三個方位實時溫度的信息及溫度超過報警信息。反復(fù)實驗證明溫度、可靠。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 主程序設(shè)計流程圖

本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括主程序，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18B20是否工作正常，隨后進行鍵盤掃描。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)前的溫度進行計算，如果達到報警要求，報警電路進行蜂鳴報警。

圖3主程序流程圖

4.2 軟件設(shè)計的主程序說明

5 系統(tǒng)總體設(shè)計電路圖及其說明

應(yīng)設(shè)計要求，本設(shè)計通過AT89C51單片機實現(xiàn)，AT89C51單片機的主控電路包括：復(fù)位電路、時鐘電路。

復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。單片機在啟動時都需要復(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)位延遲時間。復(fù)位電路軟件程序跑飛或者硬件發(fā)生錯誤的時候產(chǎn)生一個復(fù)位信號，控制MCS-51單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序，重新執(zhí)行軟件程序。

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

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