基于單片機的電阻爐溫度報警電路設計

王瑾　袁戰軍

摘 要：溫度報警電路是電阻爐溫度控制系統的重要組成部分。針對電阻爐溫度控制系統的實際報警要求，文章分析了幾種常用的報警電路，提出了一種基于AT89S52單片機的溫度音樂報警電路設計方案。詳細介紹了音樂報警電路和越限報警控制程序的設計方法。實驗測試表明，該報警電路可以有效地進行電阻爐溫度的上、下限報警和工作狀態指示，并具有結構簡單、性價比高、音量可調、音樂優美等優點。

關鍵詞：溫度控制；報警電路；AT89S52單片機；越限報警

自動控制系統中，為了保證生產設備、生產環境和工作人員的安全，對于一些重要參數和系統關鍵部位，都要進行實時監控并設計緊急狀態報警電路；當系統發生故障時，及時發出報警信號，指示故障準確位置，以便工作人員采取措施，保障系統安全。

在一個電阻爐溫度控制系統中，需要對電阻爐溫度進行在線檢測，當電阻爐溫度超過所設置的上、下限溫度值時，系統可以控制報警電路進行相應的越限報警。因此，文章針對電阻爐溫度控制系統的實際報警要求，進行了溫度報警電路的設計。

1 越限報警原理

越限報警是自動控制系統中最常見的一種報警方式，分為上限報警、下限報警和上下限報警。報警參數可以是被測參數、被控參數、輸入偏差及控制量等；設需要判斷的報警參數為X，該參數的上限值為Xmax，下限值為Xmin，則有如下三種越限報警情況：

（1）上限報警。如果X>Xmax，則發出上限報警信號，否則繼續執行原程序。

（2）下限報警。如果X

（3）上下限報警。如果X>Xmax，則發出上限報警信號；否則判斷是否X

設計報警程序時，為了避免測量值在極限值附近來回擺動而造成頻繁報警，因此在上、下限值附近設置了一個回差帶，則越限報警范圍如圖1所示。

圖1中，H、L分別為上限回差帶寬和下限回差帶寬。當測量值超過 A 點（越上限報警值）時，才算越上限，設置相應的標志位，輸出越上限報警信號；而當測量值回復到 B 點（越上限復位值）以下時，進行越上限復限，撤銷越上限標志和停止報警。同理，當測量值向下超過 C 點（越下限報警值）時，才算越下限，設置相應的標志位，輸出越下限報警信號；而當測量值回復到 D 點（越下限復位值）以上時，進行越下限復限，撤銷越下限標志和停止報警。

2 報警電路的選擇

在單片機控制系統中，通常可以采用聲、光、語言等信號進行報警，根據報警信號的不同報警電路可以分為以下三種類型：一是閃光報警，即通過閃爍的指示燈引起工作人員注意；通常采用單片機的一個I/O口線驅動LED，只要該I/O口線發出一定頻率的高、低電平信號，即可使LED閃爍。二是語音報警，通過語音播放，可以給工作人員提供報警對象的具體信息，但是電路設計比較復雜，需要用到語音錄放芯片。三是鳴音報警，即通過發出特定的鳴音，引起工作人員的警覺；鳴音報警的方法包括兩種，一種是蜂鳴音報警，另一種是音樂報警。

由于蜂鳴音報警電路簡單實用，可滿足一般音響報警的需要，但是不足之處在于采用壓電鳴音元件，音量較小，音調單一且不可調整；而音樂報警電路與單片機系統連接時，方便易行，并且報警聲優美動聽。綜合考慮以上情況，本系統報警電路在設計時采用音樂報警電路。

3 音樂報警電路的設計

系統所設計的音樂報警電路如圖2所示。該電路具有燈光指示和音樂報警兩個功能，圖中，AT89S52單片機P1.0引腳用于控制下限報警，P1.1引腳用于控制上限報警，P1.2引腳用于指示系統正常工作；同時，P1.0、P1.1、P1.2引腳分別連接了一個紅色、黃色、綠色發光二極管，用于指示系統的當前工作狀態。

系統的音樂報警電路包括兩部分，一部分是“樂曲發生器”電路，由集成電子音樂芯片7920A組成；另一部分是“放大電路”，采用集成放大器M51182L，可以驅動揚聲器發出樂曲報警聲，音量可由10KΩ電位器調整。

電路工作原理如下：AT89S52單片機的P1.0、P1.1引腳相“或”后，與“樂曲發生器”7920A的輸入端MT相連接；當“或”門輸出高電平時，經電阻分壓，“樂曲發生器”的輸入端MT變為1.5V高電平，輸出端Vout便可輸出樂曲信號；經M51182L放大后驅動揚聲器發出樂曲報警聲。反之，當“或”門輸出低電平時，“樂曲發生器”7920A因MT輸入低電平而關閉，停止揚聲器奏樂。AT89S52的P1.1、P1.0引腳的輸出電平由接口電路的控制程序決定。報警控制程序包含兩個子程序，一個是啟動報警子程序，另一個是停止報警子程序；當單片機檢測到電阻爐溫度超過上限值或下限值時，就調用一次啟動報警子程序時，產生報警樂曲聲，直到調用一次停止報警子程序，樂曲才結束。

4 越限報警控制程序設計

系統越限報警控制程序流程如圖3所示。其程序設計思想為：首先，電阻爐溫度控制系統進行爐溫采樣，并將采樣值進行A/D轉換和數字濾波。其次，將處理過的爐溫數字量與設定的爐溫越上限報警值相比較，如果越上限，就給越上限標志位置1，并輸出聲光報警信號；否則，取設定的爐溫越上限復位值。接著，將爐溫數字量與爐溫越上限復位值相比較，如果小于該值，就復位上限，并將越上限標志位清零，撤消聲光報警信號；否則，返回主程序。同理，將爐溫數字量分別與越下限報警值、越下限復位值相比較，來判斷程序是否需要進行越下限報警或者復位下限。最后，當上述報警程序處理完畢后，返回主程序。

5 實驗測試

在現場測試中，將所設計的溫度報警電路應用于電阻爐溫度控制系統中，并且設定溫度的上、下限值分別為80℃、30℃，上限回差帶寬H和下限回差帶寬L均為10℃，當對電阻爐分別多次進行通電加熱升溫和斷電自然降溫操作時，測試爐溫報警電路的工作情況。結果表明，當檢測到爐溫超過爐溫越上限報警值85℃時，報警電路的黃色二極管L2發光，并發出音樂報警信號；當檢測到爐溫下降并低于爐溫越上限復位值75℃時，綠色二極管L1發光，并停止音樂報警信號；當檢測到爐溫低于爐溫越下限報警值25℃時，紅色二極管L3發光，并發出音樂報警信號；當檢測到爐溫上升并超過爐溫越下限復位值35℃時，綠色二極管L1發光，并停止音樂報警信號。

實驗測試結果表明，所設計的報警電路具有結構簡單、性價比高、音量可調、音樂優美等優點，可有效進行電阻爐溫度的上、下限報警和工作狀態指示。

6 結束語

溫度報警電路是電阻爐溫度控制系統的重要組成部分之一，文章以AT89S52單片機為微處理器，實現了電阻爐溫度報警電路的設計。重點介紹了音樂報警電路和報警控制程序的設計方法。實際測試結果表明，所設計報警電路能較好地完成系統的聲光報警要求，報警音量大小可調節，報警音樂優美。同時，該報警電路設計具有一定通用性，也可用于其它控制系統的報警電路設計中。

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作者簡介：王瑾（1974-），女，陜西咸陽人，碩士，副教授。研究方向：計算機控制及電子信息。