基于單片機溫度監(jiān)測報警裝置的設計實現(xiàn)

侯憲君

(天津工程職業(yè)技術(shù)學院，天津 300280)

基于單片機溫度監(jiān)測報警裝置的設計實現(xiàn)

侯憲君

(天津工程職業(yè)技術(shù)學院，天津 300280)

溫度是工業(yè)生產(chǎn)的重要參數(shù)，也是人們?nèi)粘Ｉ钪械姆浅ｊP注的問題。本文主要介紹基于AT89C51的溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)。此系統(tǒng)利用單片機芯片燒錄程序，利用LCD顯示器顯示溫度，以便實時監(jiān)視溫度，當超過設定的溫度上限時會通過蜂鳴器發(fā)出報警信號。

單片機；AT89C51；傳感器；蜂鳴器；LCD顯示器

伴隨著溫度檢測的理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類也越來多樣化，在計算機系統(tǒng)中使用傳感器，是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)化成電量的傳感器，目前在生活和工業(yè)生產(chǎn)中常用的有熱電傳感器、熱電阻傳感器以及半導體集成傳感器等，每種傳感器都有其自身特性，都有它自己的應用領域。隨著單片機技術(shù)的迅速興起與發(fā)展，它的穩(wěn)定性、安全性、高效性、經(jīng)濟性等優(yōu)點都十分突出，所以它的應用也十分廣泛。

一、系統(tǒng)設計構(gòu)架

溫度監(jiān)測報警裝置是把程序燒錄到單片機芯片中，用才C語言設計的程序來設計并實現(xiàn)的。根據(jù)C51單片機的外圍接口特點擴展成相應的硬件電路，以單片機的指令設計出溫度監(jiān)測相應的軟件，再利用軟件來執(zhí)行一定的程序?qū)崿F(xiàn)溫度監(jiān)測以及報警的功能。

本設計是利用AT89C51單片機為主控芯片，由LCD液晶顯示屏、晶振、電阻、電容、開關等元件組成硬件電路，通過編寫軟件程序來實現(xiàn)和控制的溫度監(jiān)測報警裝置。在本裝置中具有更為先進的LCD液晶顯示屏。

二、系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設計

1.主控芯片AT89C51設計

本裝置的主控芯片采用了目前較為流行的AT89C51芯片，AT89C51芯片主要由微處理器，存儲器，I/O接口電路以及一些特殊功能的寄存器等部分組成。AT89C51的存儲器在設計上分為程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器兩個獨立存儲器，兩個獨立的存儲空間，內(nèi)部的程序存儲器容量為4KB，內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器為128個字節(jié)。AT89C51單片機的接口由四部分組成，都為8位的并行口，分別是P1口，P2口，P3口，P4口。并且單片機的每個接口都由輸入驅(qū)動器，輸出驅(qū)動器，接口鎖存器，輸入緩沖器，輸出緩沖器。四個接口當中，只有P1口的功能比較單一，它只用做數(shù)據(jù)的輸入輸出接口。

在此單片機芯片中，它的接口共為32位，但是此單片機芯片的管腳共有40個，除了作為接口的管腳之外，剩下8個也都有各自的功能。例如：RST管腳是負責復位輸入的管腳，與復位電路相連接，如果作為振蕩器復位器件時，一定要保持RST管腳的兩個機器周期高電平。XTAL1管腳負責反向震蕩放大器的輸入，也負責內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2管腳負責反向震蕩放大器的輸出。上兩個管腳與單片機的晶振電路相連接。在此芯片中，管腳標志為VCC的表示該管腳接電源正極，管腳標志為GND的表示該管腳接電源負極。

2.顯示裝置LCD1602

為了獲得更好的效果本設計并沒有采用常見的LED，而是采用了型號為LCD1602的液晶顯示屏。LCD有LED數(shù)碼顯示更好的更的直觀效果，也更加經(jīng)久耐用。液晶顯示模塊體積小功耗低、顯示內(nèi)容豐富，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件之一了。本LCD是2行16列液晶 可顯示2行16列英文字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，RS，R/W，EN三個控制端口(共16線)，工作電壓為5V。

LCD1602的管腳說明如下：VCC:此為接電源正極；通常情況下采用5V電壓。VL此為LCD的背光對比度調(diào)節(jié)。通常情況下會連接一個滑動變阻器，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的大小來調(diào)節(jié)LCD的背光。RS： MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫入指令時，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時，使RS為高電平。R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時寫入數(shù)據(jù)。E：LCD模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊。D0-D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4-D7接口傳送數(shù)據(jù)。

三、系統(tǒng)軟件設計

采用C語言對單片機進行編程，控制外圍器件，首先根據(jù)1602和18B20的芯片手冊初始化相應寄存器，然后利用單片機內(nèi)部定時器隔一定時間段讀取一下溫度，比較實時溫度值與設定溫度值，若超過設定溫度上限值，則驅(qū)動蜂鳴器報警，同時LED燈閃爍，當溫度下降到小于設定閥值之后，停止蜂鳴器報警和LED閃爍。

1.系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)開啟電源時，必須對AT89C51芯片和周圍的各個模塊對其初始化。首先應該從系統(tǒng)的主芯片入手，對AT89C51芯片進行初始化。根據(jù)系統(tǒng)原理，89系列的單片機接通電源時要啟動復位，讓主芯片和其他部件都能從初始化狀態(tài)開始工作。這些都是硬件系統(tǒng)必須的初始化，同時也必須對軟件進行一些初始化。

2.LCD1602程序設計

在編寫代碼時要根據(jù)LCD1602的時序圖，按照單片機C語言的編寫語法，就可以進行對LCD1602程序的編寫。為1602寫時序圖對1602進行寫操作驅(qū)動變成，1602寫操作分為寫指令和寫數(shù)據(jù)，用RS信號進行控制，RS=0時，是寫指令操作；RS=1時，是寫數(shù)據(jù)操作。在系統(tǒng)啟動并且需要LCD1602進行顯示的時候，需要對LCD1602進行相應的初始化， LCD1602初始化程序如下圖void init1602()所示。

圖1 程序設計代碼

在進行了LCD1602的初始化之后，就可以對LCD1602進行數(shù)據(jù)傳輸，繼而進行顯示。首先要進行的是寫指令。在進行寫指令之前，需要把LCD1602的數(shù)據(jù)傳輸口打開和關閉，需要把LCD1602的使能端打開和關閉。按照它的時序圖編寫，代碼如圖void write_con()所示。

3.DS18B20程序設計

DS18B20在設計上把溫度監(jiān)測和數(shù)字數(shù)據(jù)的輸出集成到了一塊芯片上，這樣芯片的抗干擾性能就變得非常強。DS18B20在每一次進行溫度的讀取之前都會進行非常嚴密精確的處理，但它的硬件又比較簡單，所以就需要控制器對其進行嚴格的控制，DS18B20也以控制器對其嚴格的控制為標準，才進行正常的數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)輸出。

DS18B20在進行工作的時候，首先對DS18B20進行復位，其實叫做復位，但實際上就是由控制器給DS18B20一個低電平信號。在其接到低電平信號后會返回給控制器一個存在脈沖。此時，DS18B20與控制器達成了一個基本的協(xié)議，可以進行通信。然后雙方就可以進行通信，首先控制器會發(fā)送一個ROM指令。ROM指令共有五條，在每一個機器周期會發(fā)送一條ROM指令。ROM指令的長度為8位。接下來，控制器會發(fā)送存儲器操作指令，存儲器操作指令為六條，每條依然為8位，同樣是一個機器周期發(fā)送一條。實現(xiàn)代碼如圖void init18b20()所示。

四、總結(jié)

本系統(tǒng)設計是基于單片機的芯片進行燒錄程序，介紹了對溫度的顯示、控制及報警，實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制?？刂撇糠郑岢隽擞肈S18S20、89C51單片機及LED的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，利用DS18S20與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)對加熱電阻絲的實時控制及超出設定的上限溫度的報警系統(tǒng)。

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The Design and Implementation of the Device Using the Temperature of the Single-Chip Microcomputer(SCM) to Monitor and Alarm

HOU Xian-jun

(TianjinEngineeringVocationalandTechnicalCollege,Tianjin, 300280)

Temperature is an important parameter of industrial production and also of great concern in people’s daily life. This paper mainly talked about the monitoring and alarm system based on the temperature of AT89C51. This system used the chip record program of the single- chip microcomputer(SCM) and the temperature on the LCD display so as to monitor the temperature in time, when it exceeds the set limit the alarm signal will be sent through the buzzer.

single-chip microcomputer(SCM); AT89C51; sensor; buzzer; LCD display

2014-07-04

侯憲君(1977-)，男，天津市人，天津工程職業(yè)技術(shù)學院，講師，學士，軟件技術(shù)專業(yè)教師。

TP399

A

1673-582X(2015)02-0044-03