51單片機的智能溫度檢測系統設計

蕪湖職業技術學院電氣與自動化學院 潘 麗

隨著工業的發展，溫度是非常重要的一個過程變量。在軍事上，需要對彈藥庫進行測溫；在工業生產中，經常需要水循環測溫，對鍋爐測溫；在農業生產中對溫室的溫度等進行檢測；在醫療系統中，需要對冷藏室、潔凈室溫度進行檢測，以及新生兒保溫箱中都涉及到溫度控制。在日常生活中，需要對室內溫度進行檢測等等。本系統采用單片機與DS18B20以及LCD1602等模塊實現，當溫度超過預定警戒值時系統會報警，很好的的完成了溫度的監控與報警。實驗證明，該系統性能穩定，很好的實現了溫度檢測與報警功能。

隨著現代工業的發展，溫度成為生產生活中一個重要的物理量，在軍事領域、工業領域、醫學領域以及日常生活中都有重要的應用?；谝陨显?，對溫度的檢測成為一個重要的研究方向，本文的目的是設計一個溫度檢測系統，當溫度低于-55。C以及高于120。C的時候進行報警該系統基于51單片機，采用DS18B20作為溫度傳感器，LCD1602作為溫度顯示模塊，AT24C02作為數據存儲模塊，蜂鳴器和LED燈作為溫度報警模塊。

1 整體設計方案

系統由單片機系統，溫度檢測模塊，數據存儲模塊，以及溫度顯示模塊和溫度報警模塊四個部分組成。系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構

1.1 單片機最小系統

單片機最小系統包括時鐘電路以及復位電路并有電源供應電路。本系統單片機采用宏晶公司生產的89C51，這里單片機的晶振為11.0592Mhz。

1.2 溫度檢測模塊

這里我們采用DS18B20溫度傳感器，實物如圖2所示，從左往右第一個管腳為GND管腳，第二個為數據總線管腳，第三個管腳為電源VCC管腳。DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，圖3所示為其硬件結構。其適應電壓范圍更寬，從3.0V到5.5V，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與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，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫。DS18B20的核心功能是它可以直接讀出數字的溫度數值。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。在上電狀態下默認的精度為12位。得到的12位數據存儲在DS18B20的兩個8位的RAM中，高字節的前5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為‘0’，只要將測到的數值乘以0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為‘1’，測到的數值需要先減1再取反再乘以0.0625即可得到實際溫度。

圖2 DS18b20實物

圖3 DS18b20硬件結構

在溫度檢測模塊中，我們首先初始化18b20，然后根據18b20的指令表進行編寫程序，向DS18b20發送44H指令啟動溫度傳感器進行轉換，一般采用12位分辨率進行轉換，接著讀取轉換好的溫度數據，首先讀取低字節的溫度，接著讀取高字節的溫度，然后設置一個變量先保存溫度的高字節然后左移8位，使高字節變為16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值進行不同處理。

圖4 AT24C02管腳圖

圖5 AT24C02實物圖

1.3 數據存儲模塊

數據存儲模塊我們采用具有IIC總線接口的AT24C02存儲器，圖4所示為其管腳圖，其中A0-A3是地址輸入管腳，SDA和SCL分別是地址數據輸入和時鐘輸入管腳，WP為寫保護，VCC是電源，VSS是接地。其具有1.8到6.0伏工作電壓范圍，當WP為高電平時進入寫保護，具有100萬次編程/擦除周期，可保存數據100年，有DIP SOIC或TSSOP封裝兩種封裝形式，圖5所示為其實物圖。采用串行總線技術可以簡化系統設計、減小系統體積、提高系統可靠性。同時，增加系統的可移植性。

1.4 溫度顯示模塊

顯示模塊我們采用LCD1602液晶顯示器來完成溫度顯示。LCD1602是一種專門用來顯示字母、數字、符號的點陣型液晶模塊。它是由若干個5x7或者5x10的點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以用顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，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，我們首先對LCD1602進行初始換操作，接著改變數據命令控制端，首先設置（RS=L）寫命令，設置顯示坐標，然后設置（RS=H）來寫數據。

圖6 蜂鳴器實物圖

圖7 蜂鳴器接線圖

圖8 系統流程圖

1.5 溫度報警電路

溫度報警模塊我們采用蜂鳴器加led燈的結構，蜂鳴器分為有源和無源兩種，我們系統中采用無源蜂鳴器，如圖6、圖7所示。當溫度超過或者低于預設的警戒值時，蜂鳴器會報警。

LED燈的陽極串聯一個電阻，然后連接到電源VCC，而LED的陰極連接到單片機的I/O口，發生溫度報警時，我們將如果一個LED相對應的IO交替賦為高低電平，讓LED燈完成閃爍功能。

2 系統流程

圖8所示為其流程圖，首先我們初始化溫度傳感器參數，設定最高報警值與最低報警值，接著通過溫度檢測模塊與溫度顯示模塊獲取溫度并顯示溫度，當檢測出溫度大于最高報警值或小于最低報警值時，溫度報警模塊開始報警。

3 Proteus仿真圖

Proteus軟件是英國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，還能仿真單片機及外圍器件。它是比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。本系統我們采用Proteus仿真，如圖9所示。根據以上的模塊以及系統的流程圖，我們首先設計出了仿真電路。

機的溫度檢測與報警系統，可實現系統溫度預設置，溫度檢測，溫度存儲和溫度報警功能，實驗表現，系統能完成預定功能，且性能穩定，擴展性好，可以滿足眾多領域的溫度檢測功能。

圖9 Proteus仿真圖