基于單片機的溫度測量儀的設計與論述

邵陽學院信息工程系 鄧楠川 江世明 陽 泳

1 引言

溫度是一個和人們生活環境有著密切關系的物理量，人民的生活與環境溫度息息相關，物理、化學、生物等學科都離不開溫度。在工業生產和實驗研究中，在電力、化工、石油、冶金、機械制造、大型倉儲室、實驗室、農場塑料大棚甚至人們的居室里經常需要對環境溫度進行檢測，并根據實際的要求對環境溫度進行控制。

2 方案設計

系統以AT89S52單片機為核心，由溫度測量模塊、電壓轉換模塊、LCD顯示模塊、聲光報警電路、系統參數設置電路等部分構成，圖1所示為系統組成框圖：

圖1 系統方案框圖

該方案中的電源轉換模塊是采用9V電池作為輸入電源，再通過LM7805電壓轉換芯片將電壓轉換成系統所需電壓為供于AT89S52和DS18B20的DC5V電源；溫度檢測模塊采用性能穩定、靈敏度高，抗干擾能力強的DS18B20溫度傳感芯片進行溫度檢測，該芯片采用一種片上溫度測量技術來測量溫度，通過串口直接將檢測到的溫度與單片機進行數據傳輸；當檢測到的溫度被送到單片機中進行分析，當檢測到的溫度高于設置的最大溫度時，綠燈亮并由蜂鳴器報警，當檢測到溫度低于設置的最小溫度時，紅燈亮蜂鳴器報警。溫度設置的最大和最小值都由LCD1602直觀顯示；系統參數設置模塊可根據實際情況調整最大和最小溫度。

3 電路設計

基于51單片機的溫度測量儀以AT89S52為核心器件，以KEIL為系統軟件開發平臺，用PROTEUS仿真，并在Al t ium Designer平臺進行了PCB板設計。系統主要由單片機最小系統、溫度檢測模塊、電壓轉換電路、液晶顯示電路、系統參數設置、聲光報警模塊電路組成，系統原理圖如圖2所示。

4 程序設計

本系統采用了C語言進行程序設計，系統自動為各個變量分配內存區域。用戶可以將變量定義在DATA區、IDATA區、PDATA區、XDATA區，常量定義在CODE區。用C語言寫較復雜的程序時，要特別注意使用的內存不能超過單片機RAM。下面將程序設計的主程序設計、顯示模塊設計、溫度測量模塊設計、中斷模塊、按鍵模塊、聲光報警模塊進行說明。主程序先對系統資源進行初始化，初始化工作包括定時器賦初值，定時器中斷使能，LCD1602初始化。然后進入無限循環調用溫度測量程序，調用LCD顯示子程序，顯示用戶設置的最低溫度和最高溫度值及當前所測環境的溫度，再由單片機判斷所測溫度是否超過最高溫度或者低于最低溫度值，如果是，蜂鳴器便開始報警，同時相應報警燈亮。最后進行鍵盤掃描，不斷檢測是否有按鍵被按下，如果有，單片機則對最高或最低溫度值進行相應調整。主程序流程圖設計如圖3所示。

圖2 系統原理圖

圖3 主程序流程圖

5 產品調試過程

實物焊接完成后需要進行一系列的測試，單片機應用系統的硬件和軟件調試是交叉進行的，但通常是先排除樣機中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，進行綜合調試。

硬件調試：在綜合調試之前需要保證硬件沒有大錯誤，比如短路、大部分電路開路等情況。主要是檢查元件焊接是否良好，插上電源后電源指示燈是否會亮，測試各個元器件關鍵點的電壓是否正常等。

6 總結

本次設計的基于51單片機的溫度測量儀的設計是一種較好的溫度檢測系統，它基本可以實現各種環境的溫度測量和顯示，采集測溫范圍為-55～+120℃，廣泛應用于生活起居、農業生產、工業發展等場合。系統采用DS18B20測量技術、SPI總線技術，從而實現對各種環境下的溫度控制和測量。

[1]魏英智.基于DS18B20的定時溫控系統的研究與實現[J].哈爾濱工業大學,2005:69.

[2]周繼明,江世明主編.傳感技術與應用[M].湖南:中南大學出版社,2009:13-67.