多點溫度檢測系統的設計

唐影

摘 要：文章對多點溫度檢測系統的設計進行研究，多點溫度檢測系統為單片機控制7個溫度傳感器，讀取溫度后發送至液晶顯示屏進行顯示，每個點都可以設置相應的溫度值，當任意一點的溫度超過該點的設定值時，聲光報警和語音報警同時啟動，使報警系統更加精確、完美。

關鍵詞：溫度檢測；單片機；語音報警

在倉庫、車間等密閉的較大空間或儲物場合，需要在空間內設置多個溫度采集點來測溫。將單片機運用到測溫領域上，可以解決很多棘手的問題，比如系統的滯后性和精確度等[1]。單片機技術在工藝、內部結構和電源電壓上都在不斷地發展[2]。

在整體的設計中，充分了解了單片機STC89C52RC的工作原理和它具體的管腳功能，以及MY1690-12P語音播報模塊的使用和DS18B20溫度傳感器的應用，完成了有7個點的溫度檢測系統的設計，并在protues上進行系統的仿真，最后完成了實物的制作。

1 系統設計要求

多點溫度檢測系統實時監控7個測溫點，將各個點溫度顯示出來，并且在溫度超過設定值時使用聲光提示報警。系統滿足以下條件：（1）溫度測量范圍﹣50～99 ℃，采集精度1 ℃。（2）測量溫度點7個左右，并能顯示當前各個點的溫度。（3）可以修改設定值。（4）無論哪個點超過了設定值溫度，聲光報警系統啟動，并語音提示是哪個測溫點超過設定值。

多點溫度檢測系統采用ST89C52單片機實現。一個單片機可以對多個DS18B20溫度傳感器進行控制，運用主從分布式思想，僅由一個單片機控制7個溫度傳感器進行分工合作，從而實現7個溫度的檢測與控制。

2 系統的整體構架

在設計過程中選取了STC89C52單片機作為系統的核心，它主要控制溫度傳感器、液晶顯示電路，蜂鳴器以及語音模塊這4個模塊。這4個模塊的電路必須要按照編譯好的程序來執行各自的工作內容。系統的整體構架如圖1所示。各部分電路的功能以及作用如下。

（1）單片機電路：單片機電路是此次設計的重點部分，它相當于一臺小型的計算機，包括輸入輸出電路、定時、掃描、時間設置等電路。用戶先是給單片機輸入指令，然后由單片機完成相應的操作程序后，通過外部的硬件電路，實現對下面各個模塊的控制。當系統遇到故障或者給單片機的信號不準確，系統就無法正常工作[3]。

（2）電源電路：系統外接+5 V電源供電。

（3）復位電路：復位電路對于單片機的穩定性是很重要的。它可以使單片機內部的各個參數保持初始的位置，避免因為外部因素引起的程序紊亂。

（4）時鐘電路：為單片機提供工作時所需要的時鐘脈沖信號，相當于是單片機的心臟，供單片機作定時和計時使用。

（5）溫度傳感器電路：系統設計了7個溫度傳感器電路，通過它能測得溫度的數據，是系統的核心電路。

（6）液晶顯示電路：選用LCD1602，它可以將實時測得的溫度值顯示出來。

（7）報警電路：用戶可以自己設置7個點中任意一個的溫度值，當實際溫度值超過設定好的溫度值時，控制芯片驅動蜂鳴器報警，同時報警燈會亮，語音報警會提示具體哪個點超過了設定溫度值。

3 系統硬件設計

系統硬件部分主體上分為6個模塊：單片機最小系統模塊、溫度顯示模塊、溫度測量模塊、聲光報警模塊、語音警報模塊和按鍵模塊。

3.1 單片機最小系統模塊

最小系統就是單片機的驅動電路。它主要包括供電系統、時鐘電路和復位電路3部分。復位電路連接到單片機的REST口，采用的是按鍵復位。時鐘電路連接到的是XTAL1和XTAL2口。最小系統的電源連接采用的是USB的插口，十分方便；外接晶振頻率為11.059 2 MHz。

3.2 溫度顯示模塊電路設計

溫度顯示模塊能夠直觀地了解具體的溫度值，系統滾動顯示7個點的溫度。系統設置3個按鍵：設置鍵、增加鍵、減少鍵。按下設置鍵，顯示屏會馬上切換至設置界面并顯示第一個點的設定溫度，再按設置鍵切換至第2個點的設定溫度，以此類推。按增加、減少鍵就能設定每個點的溫度值。這里采用LCD1602顯示屏，它一共有16個引腳，按照每個引腳的具體功能連接到單片機上。

3.3 溫度測量模塊電路設計

供電電路選擇用一個外部電源向它的VDD引腳供電，這種方法的優點是單總線上不再需要強上拉，總線不用在溫度轉換的時間段一直保持高電平。

多點溫度檢測系統采用STC89C52RC單片機的并口來同時控制7個溫度傳感器。該系統中7個溫度傳感器的接法大都一致，只有DQ腳分別鏈接到單片機的P1.0至P1.6口。

3.4 報警模塊的設計

多點溫度檢測系統采用聲音報警、閃爍和語音報警。用單片機與有源蜂鳴器以及一盞LED燈連接，只要哪個點的溫度超過了該點的預定溫度值，傳感器把信號送給單片機后，單片機立即通過置位P3.7口使得蜂鳴器發出報警聲音，同時置位P3.6口使得LED燈閃爍來報警提醒，聲音和亮光同時發出。

語音報警可以具體播報哪個點超過了預定溫度值的功能，采用MY1690-12P的MP3語音模塊來語音報警。此模塊一共有12個引腳，在實際的設計中只用到了其中的6個引腳。它上面的1號引腳和2號引腳（SPK1和SPK2）外接了一個無源喇叭來播報語音，5號引腳外接一個+5 V電源，12號引腳接地。它的7號引腳（RX）為UART異步串口數據輸入，連接到單片機的10號引腳（RXD腳），它的8號引腳（TX）為UART異步串口數據輸出，連接到單片機的11號引腳（TXD腳）。

3.5 按鍵模塊的設計

各個按鍵是相互獨立的，每個按鍵單獨占用一根I/O線，每根I/O線的按鍵工作狀態也是相互獨立的，不會影響到其他I/O線上的工作狀態。按鍵模塊一共使用了5個按鍵（S1，S2，S3，S4，S5）。其中S1為系統的復位按鍵，按鍵S2連接的是單片機的P2.3接口，為系統的設置鍵，通過按下它來進入到設置界面對第一個點進行設置，再按下它進入第二個點的設置，以此類推。按鍵S3連接的是單片機的P2.2接口，為系統的增加鍵，在進入設置界面后通過按下它來增加相應點的溫度設定值。按鍵S4連接的是單片機的P2.1接口，為系統的減少鍵，在進入設置界面后通過按下它來減少相應點的溫度設定值。按鍵S5連接的是單片機的P2.0接口，為系統的備用鍵，沒有設置任何的功能。endprint

4 軟件程序設計及調試

系統主程序的執行流程如圖2所示，主程序先對顯示屏和7個溫度傳感器進行初始化，再重復調用溫度傳感器的寫命令和讀數據兩個模塊，由于溫度是模擬量，無法進行傳輸，所以就需要把溫度轉換成數字量后送到液晶顯示屏進行直觀地顯示。然后可以按下設置鍵一個一個地設置7個點的溫度值，當任意一個點超過設定值時，聲光報警模塊開始工作，同時語音播報具體哪個點超過了預定溫度。

5 仿真調試與實物效果

使用proteus仿真電路，當任意一個點超過該點的溫度設計值時，蜂鳴器馬上發出警報，同時LED燈開始閃爍。系統運行后的仿真電路如圖3所示。

通過USB接口給實物PCB板供電，剛通電時工作燈D1就會一直亮著直到斷電為止，并且會語音提示“開始檢測溫度傳感器，開始采集”。然后液晶顯示屏會顯示出從1—7的數字，并顯示“Welcome To Use”的英文。接著是系統的初始化，初始化完成后就開始循環顯示7個點的溫度值，當7個點的溫度都沒超過設定值時，板子右上角的蜂鳴器不會發出聲音，報警燈D3也不會亮。因為只是模擬的系統，溫度傳感器的溫度不能輕易地去改變，于是就把設定溫度值調到當前室溫以下，模擬報警。按下S5設置鍵，進入到第一個點的設置界面，按下S3的減少鍵，把設定溫度值調到室溫以下，再按設置鍵到第2個點的設置界面，以此類推。退出設置界面后系統會馬上發出聲光報警，喇叭循環播報第一個點超過了設定溫度值。

6 結語

7個溫度傳感器能迅速且準確測量出當前的溫度，并且通過與單片機相連，把測到的溫度值經過轉換處理后發送給單片機，然后被送到液晶顯示屏進行滾動顯示。通過按下設置鍵可以進入設置界面，再按增加、減少鍵來設置每個點的設定溫度值時，當傳感器測到的溫度超過該點的設定溫度值，聲光報警模塊立即啟動，語音系統自動播報該點的警報。

從結果上來看，依據DS18B20單總線協議和單片機的應用知識，成功地實現了多點溫度檢測系統的功能，并且還開發了語音報警功能。在實際生活中，需要測量的點不可能僅有7個，所以只要把溫度傳感器與單片機按照上面的方式連接好，然后再增加一些程序就能夠輕松實現更多點的測量檢測。本設計具有較強的實用性和拓展性。

[參考文獻]

[1]王峰，孟立凡.基于單片機的溫度調溫系統的設計與實現.[J]電子世界，2011（10）：103-109.

[2]王秀霞.基于DS18B20的多路無線溫度檢測系統[J].湖南大學學報（自然科學版），2011（12）：362-367.

[3]曹海平.基于單片機和DS18B20的分布式多點溫度檢測系統的設計[J].自動化技術與應用，2008（11）：90-92.endprint