基于單片機溫度采集與報警系統的研究

張國容，滕瑞寧，楊升正

（三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

溫度作為被控參數，在當今工業生產中扮演著越來越重要的角色。例如，在加熱爐、熱處理爐以及溫室大棚等方面，都將溫度作為主要的技術指標[1-2]。當前，大多數溫度檢測系統主要由模擬溫度傳感器、多路模擬開關、A/D轉換器及單片機等組成。而該溫度采集系統需要使用較多的測溫電纜才能將測量地的溫度通過傳感器信號送到采集卡上，安裝和拆卸過程比較復雜，成本較高。此外，由于線路上傳送的是模擬信號，容易受到自然環境和人為因素的干擾，導致測量數據誤差較大[3-4]，控制者不能及時通過溫度變化作出必要的措施。針對以上情況，自制單片機溫度控制器，通過DS18B20控制多路溫度采集系統，在Proteus軟件上進行仿真實驗，結果各個部分均正常工作。然后，通過制作實物在實測地進行檢測，結果顯示，該系統實現了溫度的實時測量與顯示以及直流電機降溫和語音播報功能。

1 系統設計與實驗

單片機溫度采集系統核心部件為AT89C51單片機、LCD顯示器、DS18B20傳感器、語音播報芯片以及散熱電機。當傳感器接收到溫度這一信息時，迅速傳給系統并發出溫度轉換命令開始進行溫度轉換操作；通過與系統建立數據通信，立即讀出當前溫度值，并將溫度顯示在LCD顯示屏，然后人工升高或降低所測地的溫度。當溫度值高于設定初始值時，系統自動啟動報警裝置播報當前實時溫度，并進入電機降溫中斷程序，通過風扇進行降溫。由于DS18B20的單總線通信功能，導致讀寫時序需要特別注意。

2 工作原理與主程序流程設計

設計以AT89C51單片機為中樞系統，利用溫度傳感器采集溫度，并實時傳輸到控制系統，實現溫度的自動控制。

主程序流程圖如圖1所示。該流程圖很好地反映了溫度采集與控制，即假設x是某一通道，初始值為0，當x=1時，采集通道1的溫度并顯示；當溫度超過初始設定值y時，啟動電機散熱和蜂鳴器報警并顯示當前溫度；當按鍵按下時，x=2，采集通道2的溫度并顯示；此后，循環采集通道溫度。

3 PWM脈寬調制電機的散熱功能

PWM脈沖寬度調制是一種將模擬信號電平轉化為數字編碼的過程，大多數應用于測量、通信等方面。本系統中主要應用其占空比性能，即通過改變輸出脈沖的占空比，實現對直流電機的調壓調速控制。如圖2所示，在電機降溫程序中，首先設置PWM的占空比和定時器的時間，判斷采集的溫度是否大于設定的某一溫度值（26 ℃）。若大于，則調用中斷程序，并產生PWM波使電機開始轉動，達到降溫的目的；若不大于，則不會啟動終端程序，電機不轉。

圖1 溫度采集流程圖

4 溫度采集模塊的實際應用

全面建成小康社會的穩步推進，促使全國各族人民的生活水平迅速提高，而對超時令蔬菜的需求量也與日俱增。溫室大棚在蔬菜培育過程中占有很大的市場份額。通過對湖北省宜昌市長陽縣火燒坪的溫度進行采集與分析，并以該地區從2013—2017年冬季11月到次年3月份的月平均氣溫作為參考發現，該地區近5年來每年1月和2月的極端氣溫和月平均氣溫均處于較低狀態。極端氣溫分布在-10～-5 ℃，導致平均氣溫約為0 ℃，嚴重影響了蔬菜的存活，甚至導致蔬菜無法生長。因此，良好的測溫系統對于保溫大棚具有重要意義，即設置溫度采集模塊為植物正常生長提供所需的溫度。當溫度低于設定的值時，系統自動報警，提醒需要人工增加或降低棚內溫度以達到植物正常生長所需要的溫度。

5 結 論

通過使用AT89C51型單片機作為核心控制系統對溫度控制實例化，即通過已有的資源設計了一個溫室大棚的溫度實時控制系統。通過設計與調試，系統能讀出并顯示DS18B20采集的溫度，實現了溫度數據的存儲和串行通信，且能夠實現超溫報警，并調用電機中斷程序進行降溫，同時可通過處理按鍵來切換需要顯示的通道溫度，可廣泛應用于溫度測量或供電故障監控的工業、農業、環保、服務業以及安全監控等工程中。

圖2 電機控制流程圖