多路數字溫度報警器設計

江鈺婷，于云霞，鄒 雪，竇悉絲

（成都理工大學 信息與通信工程系，四川 成都 610059）

溫度檢測的應用必不可少。醫學上，醫生給病人測量體溫要用到溫度計；工業上，人們的供暖需要鍋爐保持恒溫；塑料橡膠行業、節能、汽車維護、電力供電系統、食品超市行業、空調工程、設備故障診斷、有色冶金行業、石油化工行業以及造紙印刷行業等都需要溫度檢測系統。根據設計要求和應用范圍的區別，在嚴格控制成本預算的情況下，需要研制一種簡易的測溫報警系統，在一定溫度范圍內，設備能進行區域報警[1]。

1 設計方案

1.1 主控芯片的選擇

可以用片內具有4K在線編程存儲器的STC89C51為主控芯片，STC89C51是一款微處理器，具有功耗低和性能高的特點。STC89C51內置EEPROM存儲，當我們需要掉電存儲數據時，可直接利用片內存儲。混合信號常用MSP430處理，強大的集成功能是它最大的優點。在同一塊芯片上，430能集成不同類型的電路，包括微處理器在內，模擬電路和數字電路也能集成。但是，這款芯片就開發的難易程度而言，卻比51系列相對大得多，并且價格昂貴，對于本次設計的指標不符合。當然，也可以選擇PIC類單片機例如877A。采用PIC類芯片與溫度傳感器結合，PIC16F877A的引腳數量是40個，DQ引腳為數據端，與芯片連接[2]。

1.2 顯示器件的選擇

1602的應用廣，且功能多。顯示內容寬泛，數字自然不用說，字母和符號也是它的特長，甚至于自定義字符也可以在屏幕上展示出來。顯示字符分為上下兩行，由5×7點陣組成。在數據傳輸方式上，LCD1602的傳輸方式有兩種，即串行和并行傳輸。無論用哪一種傳輸方式，相比較而言在控制方面難度低，容易實現功能，和HD44780相比，LCD1602的控制原理和它沒有差別，但就本設計而言，完全能夠實現顯示多路溫度數據與溫度符號的作用。

1.3 溫度傳感器的選擇

18B20采用單線連接，無論是測單路或是多路均只需一根總線，簡化電路，省去了模數轉換模塊，使系統電路更簡單，控制了設計成本。除了這些優點，在精度比較方面，數字式的傳感器相較于熱電偶更勝一籌。根據傳感器內部的系列號，可以將多個傳感器組建成一個網絡在單根總線上進行傳輸數據[3]。

1.4 總體設計方案

由STC89C51和溫度傳感器DS18B20組成系統。測溫系統包括傳感器電路、顯示電路、報警電路、按鍵電路（見圖1）。用多個DS18B20組建成一個測量網絡，數據通過單總線進行傳輸。能夠設置報警溫度的上下限，利用顯示模塊目測數據，限值設置用按鍵控制，使用前先進行預置，事先確定一個范圍，上電后根據被測溫度自動報警[4]。

圖1 基于STC89C51的多路溫度控制系統框架

2 硬件電路設計

2.1 DS18B20傳感器

2.1.1 DS18B20傳感器的特性

供電方式可選擇數據線，電壓范圍是3～5 V，可測溫度在-55～125 ℃。根據設計指標需要將精度控制在±0.5 ℃，也就是溫度保持在-10～85 ℃。工作時間在750 ms內時，分辨率為12位。另外，18B20的特點也體現在硬件連接上，元件反接易燒壞，但18B20不會。

2.1.2 DS18B20的工作原理

18B20含有兩種晶振，可分為低溫和高溫系數，低溫度系數晶振給計數器1送固定頻率的信號，高溫度系數晶振為計數器2送脈沖信號。計數器1和寄存器需提前設置，對應-55 ℃溫度值。產生脈沖信號時，計數器1進行的工作是減法操作，需將預置數變為0。這時寄存器自動加一，再重復置數，計數器1進行計數，直至計數器2為0，此時寄存器停止工作，所得數據就是測量溫度值。斜率累加器用于修正計數器1的預置數[5]。測溫原理框如圖2所示。

圖2 測溫原理框

2.2 LCD1602液晶顯示器

2.2.1 LCD1602的功能

1602是液晶型，同時它也屬于點陣型，可同時顯示字母與符號。字符之間和每行之間的間距為一個點距，并且在每一位當中都有，每行之間也有[6-7]。

2.2.2 LCD1602的字符范圍

在計算機中，DDRAM是RAM中的一種，共80個字節，具有寄存字符代碼的功能，幫助儲存顯示數據。字符想要在屏幕上進行顯示，需要將字符代碼送至RAM。1602的顯存與DDRAM一樣，都是80個，可是1602的屏幕只能顯示32個且分為上下兩行的字符，所以有一部分代碼就無法顯示[8]。

2.3 蜂鳴器

電磁式簧片型原理類似電鈴，通過簧片振動產生聲音，按具體情況選擇交流或直流電[9]。

3 實物圖

仿真成功后，根據仿真效果進行實際電路的設計，本設計采用Protel99se軟件來進行實物模擬，檢驗仿真與程序的協同效果。在原理圖布線完成并確定無誤后，首先按照原理圖布置各個元器件，然后將元器件的相關引腳進行連接，根據編輯規則對仿真進行規范檢查，對照具體錯誤處對原理圖進行修改，最終以達到設計要求，之后轉為PCB圖[10]。

最后，將PCB圖打印到紙上，再轉印至覆銅板上，經過腐蝕之后，便只剩下本設計所繪制的電路，最后根據PCB圖，將元器件焊接在電路板上，然后進行調試，實物情況如圖3所示。

圖3 實物圖

4 結語

對于這次設計來說既是一次機遇，又是一次挑戰。在這次的設計過程中，筆者學到了很多東西，通過自己的實踐，增強了動手能力。通過實際工程的設計，了解到書本知識和實際應用的差別。在實際應用中遇到很多的問題，這都需要對問題進行具體的分析，并一步一步地去解決它。

[1]蘇鐵力.傳感器及其接口技術[M].北京：中國石化出版社，1998.

[2]中國電子學會.傳感器與執行器大全[M].北京：電子工業出版社，1998.

[3]白雪冰，張延林.單片機原理及應用[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，2006.

[4]謝運祥，歐陽森.電力電子單片機控制技術[M].北京：機械工業出版，2007.

[5]王洪業.傳感器技術[M].長沙：湖南科學技術出版社，1995.

[5]李光飛.單片機課程設計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[6]王法能.單片機原理及應用[M].北京：科學出版社，2004.

[7]樓然苗，李光飛.51系列單片機設計實例[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[8]胡汗才.單片機原理與接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

[9]王萍.電子技術實驗教程[M].北京：機械工業出版社，2009.

[10]朱定華，戴淑萍.單片機微機原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2003.