51單片機(jī)的智能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與自動(dòng)化學(xué)院 潘 麗

隨著工業(yè)的發(fā)展，溫度是非常重要的一個(gè)過(guò)程變量。在軍事上，需要對(duì)彈藥庫(kù)進(jìn)行測(cè)溫；在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要水循環(huán)測(cè)溫，對(duì)鍋爐測(cè)溫；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫室的溫度等進(jìn)行檢測(cè)；在醫(yī)療系統(tǒng)中，需要對(duì)冷藏室、潔凈室溫度進(jìn)行檢測(cè)，以及新生兒保溫箱中都涉及到溫度控制。在日常生活中，需要對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)等等。本系統(tǒng)采用單片機(jī)與DS18B20以及LCD1602等模塊實(shí)現(xiàn)，當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)定警戒值時(shí)系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，很好的的完成了溫度的監(jiān)控與報(bào)警。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，很好的實(shí)現(xiàn)了溫度檢測(cè)與報(bào)警功能。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，溫度成為生產(chǎn)生活中一個(gè)重要的物理量，在軍事領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以及日常生活中都有重要的應(yīng)用。基于以上原因，對(duì)溫度的檢測(cè)成為一個(gè)重要的研究方向，本文的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)溫度低于-55。C以及高于120。C的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警該系統(tǒng)基于51單片機(jī)，采用DS18B20作為溫度傳感器，LCD1602作為溫度顯示模塊，AT24C02作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，蜂鳴器和LED燈作為溫度報(bào)警模塊。

1 整體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)，溫度檢測(cè)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，以及溫度顯示模塊和溫度報(bào)警模塊四個(gè)部分組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路并有電源供應(yīng)電路。本系統(tǒng)單片機(jī)采用宏晶公司生產(chǎn)的89C51，這里單片機(jī)的晶振為11.0592Mhz。

1.2 溫度檢測(cè)模塊

這里我們采用DS18B20溫度傳感器，實(shí)物如圖2所示，從左往右第一個(gè)管腳為GND管腳，第二個(gè)為數(shù)據(jù)總線管腳，第三個(gè)管腳為電源VCC管腳。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，圖3所示為其硬件結(jié)構(gòu)。其適應(yīng)電壓范圍更寬，從3.0V到5.5V，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。其量程較大，從－55℃到+125℃，可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。DS18B20的核心功能是它可以直接讀出數(shù)字的溫度數(shù)值。溫度傳感器的精度為用戶可編程的9，10，11或12位，分別以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量遞增。在上電狀態(tài)下默認(rèn)的精度為12位。得到的12位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8位的RAM中，高字節(jié)的前5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為‘0’，只要將測(cè)到的數(shù)值乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為‘1’，測(cè)到的數(shù)值需要先減1再取反再乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度。

圖2 DS18b20實(shí)物

圖3 DS18b20硬件結(jié)構(gòu)

在溫度檢測(cè)模塊中，我們首先初始化18b20，然后根據(jù)18b20的指令表進(jìn)行編寫程序，向DS18b20發(fā)送44H指令啟動(dòng)溫度傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一般采用12位分辨率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，接著讀取轉(zhuǎn)換好的溫度數(shù)據(jù)，首先讀取低字節(jié)的溫度，接著讀取高字節(jié)的溫度，然后設(shè)置一個(gè)變量先保存溫度的高字節(jié)然后左移8位，使高字節(jié)變?yōu)?6位中高8位，最后和低8位相或，將高8位于低8位組合在一起。然后，先判斷讀取的溫度值是正值還是負(fù)值進(jìn)行不同處理。

圖4 AT24C02管腳圖

圖5 AT24C02實(shí)物圖

1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊我們采用具有IIC總線接口的AT24C02存儲(chǔ)器，圖4所示為其管腳圖，其中A0-A3是地址輸入管腳，SDA和SCL分別是地址數(shù)據(jù)輸入和時(shí)鐘輸入管腳，WP為寫保護(hù)，VCC是電源，VSS是接地。其具有1.8到6.0伏工作電壓范圍，當(dāng)WP為高電平時(shí)進(jìn)入寫保護(hù)，具有100萬(wàn)次編程/擦除周期，可保存數(shù)據(jù)100年，有DIP SOIC或TSSOP封裝兩種封裝形式，圖5所示為其實(shí)物圖。采用串行總線技術(shù)可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、減小系統(tǒng)體積、提高系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，增加系統(tǒng)的可移植性。

1.4 溫度顯示模塊

顯示模塊我們采用LCD1602液晶顯示器來(lái)完成溫度顯示。LCD1602是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶模塊。它是由若干個(gè)5x7或者5x10的點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以用顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。在使用LCD1602顯示溫度值值時(shí)，我們首先對(duì)LCD1602進(jìn)行初始換操作，接著改變數(shù)據(jù)命令控制端，首先設(shè)置（RS=L）寫命令，設(shè)置顯示坐標(biāo)，然后設(shè)置（RS=H）來(lái)寫數(shù)據(jù)。

圖6 蜂鳴器實(shí)物圖

圖7 蜂鳴器接線圖

圖8 系統(tǒng)流程圖

1.5 溫度報(bào)警電路

溫度報(bào)警模塊我們采用蜂鳴器加led燈的結(jié)構(gòu)，蜂鳴器分為有源和無(wú)源兩種，我們系統(tǒng)中采用無(wú)源蜂鳴器，如圖6、圖7所示。當(dāng)溫度超過(guò)或者低于預(yù)設(shè)的警戒值時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。

LED燈的陽(yáng)極串聯(lián)一個(gè)電阻，然后連接到電源VCC，而LED的陰極連接到單片機(jī)的I/O口，發(fā)生溫度報(bào)警時(shí)，我們將如果一個(gè)LED相對(duì)應(yīng)的IO交替賦為高低電平，讓LED燈完成閃爍功能。

2 系統(tǒng)流程

圖8所示為其流程圖，首先我們初始化溫度傳感器參數(shù)，設(shè)定最高報(bào)警值與最低報(bào)警值，接著通過(guò)溫度檢測(cè)模塊與溫度顯示模塊獲取溫度并顯示溫度，當(dāng)檢測(cè)出溫度大于最高報(bào)警值或小于最低報(bào)警值時(shí)，溫度報(bào)警模塊開始報(bào)警。

3 Proteus仿真圖

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。本系統(tǒng)我們采用Proteus仿真，如圖9所示。根據(jù)以上的模塊以及系統(tǒng)的流程圖，我們首先設(shè)計(jì)出了仿真電路。

機(jī)的溫度檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)溫度預(yù)設(shè)置，溫度檢測(cè)，溫度存儲(chǔ)和溫度報(bào)警功能，實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，系統(tǒng)能完成預(yù)定功能，且性能穩(wěn)定，擴(kuò)展性好，可以滿足眾多領(lǐng)域的溫度檢測(cè)功能。

圖9 Proteus仿真圖