一種智能數字式溫度計的設計

石磊

(無錫職業技術學院控制技術學院,江蘇無錫 214121)

一種智能數字式溫度計的設計

石磊

(無錫職業技術學院控制技術學院,江蘇無錫 214121)

溫度是生產過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數之一。本文根據單片機的控制原理和DS18B20的溫度檢測原理,制作了智能數字式溫度計。具有讀數方便、測溫范圍廣、測溫準確、輸出溫度數字顯示等優點,同時可以設置報警閾值,能智能判斷并報警。

單片機 智能溫度計 DS18B20

溫度是工業對象中的一個重要的被控參數。單片機具有集成度高、通用性好、可靠性高和使用方便等獨特優點,傳統的測溫方法相對比較復雜,需要比較多的外部硬件支持[1]。為此,在本文中我們設計出一款智能數字式溫度計。

本文根據單片機的控制原理和DS18B20的溫度檢測原理,制作了智能數字式溫度計。本設計利用獨立按鍵可以切換顯示實時溫度,進入設置模式可設定上下限報警閾值,當實時溫度低于下限溫度或是高于上限溫度蜂鳴器報警。本設計使用傳感器檢測與單片機處理器聯系,加以控制顯示單元,達到溫度的數字檢測顯示報警。

1 系統總體設計

本設計以傳感器與單片機為核心,加以控制顯示單元,達到溫度的數字檢測、顯示、控制和報警。

整個硬件電路設計可分為四個部分：溫度采集、鍵盤輸入、LCD1602液晶顯示和蜂鳴器報警。整個硬件設計電路系統框圖如圖1所示[2]。

1.1 系統工作原理

圖1 系統總體設計

溫度傳感器DS18B20負責實時采集環境溫度,采集信號送單片機,單片機采用動態掃描方式,送液晶LM1602顯示器顯示當前溫度。使用者可利用按鍵設置上、下限報警值(可以修改)。單片機每兩秒鐘采集當前環境溫度一次,把當前環境溫度值和單片機內設定的上下限值進行比較。當實時溫度值超過上限值或者低于下限值時,蜂鳴器發聲報警。只有當修改超限的限值或是當前溫度值在所設置的上、下限值之間時蜂鳴器才停止報警。此外,修改上、下限值時,LM1602顯示所設置的上下限值。另外,當單片機上電時,蜂鳴器發聲,顯示蜂鳴器硬件良好,可以正常工作。

1.2 主要功能鍵(如圖2)

本設計共有按鍵六個：一個電源開關按鍵(自鎖按鍵),五個操作按鍵(普通按鍵)。五個操作按鍵賦予它們的功能分別為：

第一個按鍵(復位按鍵)：用于單片機的初始化或是還原初始狀態的快捷鍵。

第二個按鍵(實時溫度鍵)：用于顯示當前實時測得的溫度值。

第三個按鍵(設置模式鍵)：功能選擇鍵,用于進入設置模式,可進行上下限溫度的設定。

第四個按鍵(上限設定鍵)：用于單片機的上限值數字的更改,每次按下,數字從0至100加1變化,當0加至100時再按一次變為0,依次循環。

第五個按鍵(下限設定鍵)：用于單片機的下限值數字的更改,每次按下,數字從100至0減1變化,當100減至0時再按一次變為100,依次循環。

圖2 功能件標示圖

圖3 LM1602與單片機的連接

圖4 主程序流程圖

圖5 DS18B20初始化流程圖

圖6 寫DS18B20流程圖

2 功能模塊分析

2.1 采溫模塊

DALLAS半導體公司的數字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55～+125攝氏度,可編程為9位～12位轉換精度,測溫分辨率可達0.0625攝氏度,分辨率設定參數以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中,掉電后依然保存。

溫度采集選用了數字溫度傳感器DS18B20,省卻了采樣/保持電路、運放、數/模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串/并轉換電路,簡化了電路,縮短了系統的工作時間,降低了系統的硬件成本。提高了系統的整體性能。

2.2 顯示模塊

LM01602液晶模塊采用HD44780控制器,HD44780具有簡單而功能較強的指令集,可以實現字符移動,閃爍等功能。如圖3所示,采用stc89c52的P0口作為數據線,用P3.5、P3.6、P3.7分別作為LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿觸發的片選信號,R/W是讀寫信號,RS是寄存器選擇信號。

2.3 控制模塊

控制采用獨立按鍵,因其按鍵接口電路配置靈活,軟件結構簡單,每個按鍵占用一根I/O口線且按鍵其工作狀態不影響其他I/O引腳,工作抖動采用軟件消抖。

2.4 報警模塊

報警采用無源蜂鳴器,利用三極管功率驅動放大,利用P3.4口輸出驅動,低電平有效。當環境溫度高于上限值或者低于下限值則P3.4口低電平輸出,蜂鳴器發聲報警。

3 軟件程序簡介

整個系統程序由主程序、中斷子程序、按鍵子程序、延時子程序DS18B20通信的子程序和報警子程序組成[3]。

3.1 主程序流程圖(圖4)

3.2 DS18B20通信

1)、DS18B20初始化(圖5所示);2)、第三步：寫DS18B20時序(圖6所示)。

4 結語

根據單片機STC89c52的控制原理和DS18B20的溫度檢測原理,基于LCD1602的顯示制作了智能數字式溫度計。本設計能夠實時顯示現場溫度,利用獨立按鍵可以切換顯示實時溫度與設置模式,進入設置模式可設定上下限報警閾值,當實時溫度低于下限溫度或是高于上限溫度蜂鳴器報警。經過反復測試,達到了預期的各項功能。

[1]楊文新.AT89C2051單片機在自動捆包機中的應用[J].機床電器,2004(6)：36-39.

[2]沙占友,孟志永.單片機外圍電路設計[M].北京：電子工業出版社,2006：124-165.

[3]徐勝,吳麗琴.C8051F120單片機在物料流量控制系統中的應用[J].南通職業大學學報,2008,22(1)：73-77.

[4]求是科技.單片機典型模塊設計實例導航[M].2版.北京：人民郵電出版社,2008：86-172.