基于單片機的多點溫度測控系統的設計

中北大學計算機與控制工程學院 雷 霖 沈小林 李 萍

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基于單片機的多點溫度測控系統的設計

中北大學計算機與控制工程學院 雷 霖 沈小林 李 萍

【摘要】本文介紹了一種基于AT89C51單片機的多點溫度測控系統的設計方案。本系統將數據采集、信息傳輸、信息處理等多種信息技術相互融合，采用了模塊化設計，簡便易行，可靠穩定。

【關鍵詞】AT89C51；DS18B20；LCD1602；X5045P

1 系統總體設計方案

本系統以AT89C51單片機為控制器，進行主要的信息處理；采用五個DS18B20數字溫度傳感器進行多點的溫度采集；采用看門狗芯片X5045P與復位電路結合防止系統進入死循環的混合電路；應用LCD1602顯示模塊可以實時循環顯示五路溫度；鍵盤電路可以手動調節溫度上下限；系統溫度調節部分與報警部分由繼電器、蜂鳴器、LED燈組成。如圖1所示。

圖1　系統總體設計結構圖

在整個系統中軟件設計也采用模塊化程序設計的方式，包括主程序模塊，初始化參數設置模塊，數據采集程序模塊，顯示模塊，調節模塊。在這個系統中單片機部分采用C語言編程。

2 系統實用性分析

本設計要實現的功能是：實時顯示當前環境的溫度，允許用戶設定溫度上下限值。當環境溫度超過或低于上下限時，系統進行報警提示，控制設備自啟動。待達恢復到標準范圍后，報警結束，控制設備停止運行。具體實現功能如下：

能夠自主調節大棚需要溫度上下限值。在系統上面有調節按鈕，可隨時根據需要增加或者減少預設值，并通過LCD1602顯示預設溫度上下限。

實現多點溫度值的實時采集。根據測量的實際需要，由五路溫度傳感器對關鍵敏感點進行測量。由AT89C51單片機對各路數據進行五路循環檢測與數據處理，實現溫度的智能與多點測量，并通過LCD1602實時顯示測量溫度。

實現超限數據的及時報警。一旦發現被測溫度超過了預設溫度上下限，報警電路啟動，蜂鳴器發聲，對應支路紅色LED報警燈亮起。

實現溫度的精確控制。一旦發現被測溫度超過了預設溫度上限，控制電路立刻啟動，繼電器工作，開始通風降溫；一旦發現被測溫度超過了預設溫度下限，控制電路立刻啟動，繼電器工作，開始加熱升溫。

系統性能技術指標：

測溫范圍：-20℃～80℃

測溫精度：±0.5℃

3 系統硬件接口電路設計

整個系統的硬件接口電路的設計包括：時鐘電路、檢測電路、顯示電路、復位電路、鍵盤電路、報警電路與調節電路。

3.1 時鐘電路

AT89C51芯片內部有一個高增益反向放大器，用于構成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩定的自振蕩器。電容C1和C2取30pF，可穩定頻率并對振蕩器頻率有微調作用。振蕩脈沖電路范圍為fosc=0～24MHz[1]。

3.2 復位電路

AT89C51系列單片機，在啟動時需要復位，使CPU及系統各部件處于確定的初始狀態，并從初始狀態開始工作。AT89C51單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內部的施密特觸發器中的[2]。本設計采用的是通過接通一銨鈕開關，使單片機進入復位狀態的手動復位并結合看門狗防止進入死循環的混合電路。

3.3 看門狗電路

X5045P看門狗芯片VCC與WP引腳共接5V外接電源；GND引腳接地；RST引腳與單片機RST引腳共接；SI,SO,SCK,CS/WDI引腳分別連接單片機P1.4～P1.7引腳。

3.4 檢測電路

系統檢測電路由五個溫度傳感器是DS18B20并接構成。檢測電路中五個DS18B20傳感器VCC引腳共接5V外接電源；五個GND引腳共接接地；五個I/O引腳一端經4.7K歐的上拉電阻與5V外接電源連接，另一端與單片機P1.3引腳連接。圖2為時鐘電路、復位電路、看門狗電路、檢測電路的電路圖。

3.5 顯示電路

系統顯示電路由LCD1602構成，LCD1602的VDD引腳與5V外接電源連接；VSS與BLK共接接地；VL與BLA引腳共接經1.8K歐上拉電阻與5V外接電源連接；RS,R/W,EN引腳分別與單片機P2.7～P2.5引腳連接；LCD1602的D0～D7引腳分別與單片機的P0.0～P0.7引腳連接。

3.6 鍵盤電路

系統鍵盤電路由4個按鍵開關構成。開關S1～S4一端共接接地，另一端分別與單片機P3.2～P3.5引腳連接構成鍵盤電路。

3.7 報警電路與調節電路

系統報警電路由蜂鳴器電路與五個對應支路紅色LDE報警燈構成。單片機P3.7引腳控制蜂鳴器電路。報警燈電路由五個LED燈一端分別經過五只1K歐上拉電阻與外接電源連接，另一端接單片機P2.0 ～P2.4引腳。圖3為顯示、鍵盤、報警與調節電路電路圖。

圖2　時鐘、復位、看門狗、檢測電路總體電路圖

圖3　顯示、鍵盤、報警與調節電路電路圖

4 結論

本文將數據采集技術、信息傳輸技術、信息處理技術及信息存儲技術等相互融合，提出了一種切實可行的多點溫度測控系統，全面、實時、自動地對監測數據進行處理。

與普通的溫度測控系統相比，本系統具有以下優點：1)人性化設計：根據不同需求，能夠由用戶把不同的界限溫度輸入并通過顯示器顯示，能夠實時、準確的顯示采樣溫度值；2)精確地控制：通過五個傳感器采集溫度值，能夠準確的全方位的判斷當前溫度是否超標；及時的啟動報警裝置（包括對應支路的警報燈提示以及蜂鳴器發聲提示）進行聲光報警。

參考文獻

[1][2]李朝青.單片機原理及接口技術(第三版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.