實時溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

潘繼強

摘要：系統(tǒng)使用溫度傳感器DS18B20作為溫度采集模塊，首先由溫度傳感器采集實時溫度送交LCD顯示屏進行顯示，同時單片機根據(jù)實時溫度和用戶設(shè)定的溫度報警上下限的比較結(jié)果決定是否需要報警，然后通過蜂鳴器和發(fā)光二極管進行報警。系統(tǒng)經(jīng)反復測試證明，具有溫度測量精度高，適用于生產(chǎn)生活中的各種單片機溫度測試場合。

關(guān)鍵詞：單片機；溫度傳感器；液晶顯示屏

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）28-6771-03

溫度作為重要的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù) 。在工農(nóng)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進行測量及控制，同時準確測量周圍環(huán)境的溫度對于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)也有至關(guān)重要的影響。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對溫度測量的要求越來越高，而且測量的范圍也越來越廣，采用單片機和傳感器對空氣溫度進行測量，不僅具有測量方便，體積小和顯示直觀等優(yōu)點，而且可以大幅度提高測量的精度。使用傳感器設(shè)計的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時精確的反映環(huán)境溫度的變化，同時可以完成諸如升溫到特定的溫度、降溫到特定的溫度，超過溫度上下限范圍報警等多種控制方式。如果將此系統(tǒng)應用到各種鍋爐或者加熱設(shè)備中，可以精確的控制設(shè)備的溫度，當溫度超過設(shè)定上下限時可以提醒用戶及時采取防范措施，這加熱設(shè)備能起到很大的保護作用。如果將此系統(tǒng)應用到溫室大棚當中無疑為植物生長提供了更加適宜的環(huán)境，對于大棚種植的花卉和蔬菜將會有很大的幫助。

1 用戶需求分析

針對溫度監(jiān)控系統(tǒng)的主要應用領(lǐng)域是各種加熱設(shè)備和溫室大棚，所以系統(tǒng)必須具備很強的準確性、實用性、可靠性及安全性，經(jīng)調(diào)研分析系統(tǒng)應具備的功能主要有：

1） 能夠?qū)崟r的感知受控對象的溫度數(shù)據(jù)并能及時的顯示出來，完了之后能在固定的時間間隔內(nèi)更新顯示數(shù)據(jù)。

2） 在系統(tǒng)的設(shè)計中需設(shè)置按鍵以便手動的設(shè)置報警閾值，以便在不同的應用場合當溫度超過設(shè)定閾值能夠?qū)τ脩暨M行報警提醒，使得系統(tǒng)更加人性化、智能化，具有更高的實用價值。閾值可以通過只讀存儲器進行存儲，實現(xiàn)斷電保存。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

根據(jù)用戶的需求本選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集模塊，以 AT89C51 單片機為核心，將采集到的溫度信號傳輸給單片機，再由單片機將實時溫度傳送給液晶顯示模塊 LCD1602進行顯示，并把采集的實時溫度和設(shè)定的溫度上下限進行比較。若超出溫度閾值，驅(qū)動蜂鳴器指示燈報警，從而實現(xiàn)溫度的實時測量與報警。總體設(shè)計方案如圖 1 所示。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

從系統(tǒng)總體方案圖可以看出系統(tǒng)主要由主控模塊、溫度采集模塊、數(shù)顯模塊，聲光報警模塊、時鐘和復位模塊幾部分組成。其中主控模塊是此次設(shè)計任務(wù)的核心，主要是指AT89C51單片機，由它控制整個系統(tǒng)的運行，利用其各個口分別控制其他模塊，使各部分能夠組成一個整體，實現(xiàn)功能的需要。具體的系統(tǒng)仿真電路如圖2所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在我們對設(shè)計任務(wù)的功能需求和總體結(jié)構(gòu)有所了解之后，需要根據(jù)算法思路和程序的執(zhí)行過程建立程序總體框架的流程圖，然后對整個設(shè)計任務(wù)劃分模塊，各個模塊逐個實現(xiàn)其功能，最終把各個子模塊合理的連接起來，構(gòu)成總的程序。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求在軟件上主要實現(xiàn)溫度采集并且比較采集的實時溫度與額定溫度，根據(jù)比較的結(jié)果進程聲光報警，因此軟件設(shè)計部分主要包括溫度采集模塊，溫度顯示模塊，判斷溫度，報警模塊等幾個部分。主程序流程先執(zhí)行初始化操作，初始化各個端口，執(zhí)行復位電路，通過DS18B20采集溫度，通過溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化溫度，再執(zhí)行延時后，復位，根據(jù)測量出的溫度和設(shè)置的限定溫度進行比較判斷是否報警，與此同時通過LCD顯示屏顯示實時溫度。系統(tǒng)的主要過程集中在溫度顯示并和額定溫度進行對比確定是否報警，而溫度采集的實時性主要是憑借主函數(shù)中的while死循環(huán)實現(xiàn)溫度的反復采集。系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

對應的主程序代碼如下：

5 結(jié)束語

以上介紹了基于DS18B20溫度傳感器的溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程，并根據(jù)電路圖制作好了電路板，然后將 C 語言程序燒錄到電路板中。由于篇幅原因，文中只羅列出主程序的流程圖和代碼。經(jīng)過反復測試，在測量溫度時具有很高的準確性，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可以應用到各種加熱設(shè)備和溫室大棚等場合。

參考文獻：

[1] 周立功.單片機實驗與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[2] 李建忠.單片機原理及應用[M].2版.西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[3] 張巍.單片機C51項目設(shè)計與開發(fā)[M].北京：北京理工大學出版社，2013.

[4] 譚浩強.C語言程序設(shè)計[M]. 4版.北京：清華大學出版社，2010.

[5] 趙亮，趙國銳.單片機C語言編程與實例[M].北京：清華大學出版社，2003.

[6] 胡漢才.單片機原理及接口技術(shù)[M].3版.北京：清華大學出版社，2013.

[7] 趙建嶺.51單片機開發(fā)與應用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[8] 吳經(jīng)國.單片機應用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2000.