基于單片機(jī)的溫度測量儀的設(shè)計(jì)與論述

邵陽學(xué)院信息工程系 鄧楠川 江世明 陽 泳

1 引言

溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，人民的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，在電力、化工、石油、冶金、機(jī)械制造、大型倉儲(chǔ)室、實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)場塑料大棚甚至人們的居室里經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測，并根據(jù)實(shí)際的要求對環(huán)境溫度進(jìn)行控制。

2 方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心，由溫度測量模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、聲光報(bào)警電路、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置電路等部分構(gòu)成，圖1所示為系統(tǒng)組成框圖：

圖1 系統(tǒng)方案框圖

該方案中的電源轉(zhuǎn)換模塊是采用9V電池作為輸入電源，再通過LM7805電壓轉(zhuǎn)換芯片將電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需電壓為供于AT89S52和DS18B20的DC5V電源；溫度檢測模塊采用性能穩(wěn)定、靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)的DS18B20溫度傳感芯片進(jìn)行溫度檢測，該芯片采用一種片上溫度測量技術(shù)來測量溫度，通過串口直接將檢測到的溫度與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)檢測到的溫度被送到單片機(jī)中進(jìn)行分析，當(dāng)檢測到的溫度高于設(shè)置的最大溫度時(shí)，綠燈亮并由蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)檢測到溫度低于設(shè)置的最小溫度時(shí)，紅燈亮蜂鳴器報(bào)警。溫度設(shè)置的最大和最小值都由LCD1602直觀顯示；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整最大和最小溫度。

3 電路設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)的溫度測量儀以AT89S52為核心器件，以KEIL為系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)，用PROTEUS仿真，并在Al t ium Designer平臺(tái)進(jìn)行了PCB板設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度檢測模塊、電壓轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、聲光報(bào)警模塊電路組成，系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

4 程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用了C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)自動(dòng)為各個(gè)變量分配內(nèi)存區(qū)域。用戶可以將變量定義在DATA區(qū)、IDATA區(qū)、PDATA區(qū)、XDATA區(qū)，常量定義在CODE區(qū)。用C語言寫較復(fù)雜的程序時(shí)，要特別注意使用的內(nèi)存不能超過單片機(jī)RAM。下面將程序設(shè)計(jì)的主程序設(shè)計(jì)、顯示模塊設(shè)計(jì)、溫度測量模塊設(shè)計(jì)、中斷模塊、按鍵模塊、聲光報(bào)警模塊進(jìn)行說明。主程序先對系統(tǒng)資源進(jìn)行初始化，初始化工作包括定時(shí)器賦初值，定時(shí)器中斷使能，LCD1602初始化。然后進(jìn)入無限循環(huán)調(diào)用溫度測量程序，調(diào)用LCD顯示子程序，顯示用戶設(shè)置的最低溫度和最高溫度值及當(dāng)前所測環(huán)境的溫度，再由單片機(jī)判斷所測溫度是否超過最高溫度或者低于最低溫度值，如果是，蜂鳴器便開始報(bào)警，同時(shí)相應(yīng)報(bào)警燈亮。最后進(jìn)行鍵盤掃描，不斷檢測是否有按鍵被按下，如果有，單片機(jī)則對最高或最低溫度值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。主程序流程圖設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)原理圖

圖3 主程序流程圖

5 產(chǎn)品調(diào)試過程

實(shí)物焊接完成后需要進(jìn)行一系列的測試，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉進(jìn)行的，但通常是先排除樣機(jī)中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，進(jìn)行綜合調(diào)試。

硬件調(diào)試：在綜合調(diào)試之前需要保證硬件沒有大錯(cuò)誤，比如短路、大部分電路開路等情況。主要是檢查元件焊接是否良好，插上電源后電源指示燈是否會(huì)亮，測試各個(gè)元器件關(guān)鍵點(diǎn)的電壓是否正常等。

6 總結(jié)

本次設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)的溫度測量儀的設(shè)計(jì)是一種較好的溫度檢測系統(tǒng)，它基本可以實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境的溫度測量和顯示，采集測溫范圍為-55～+120℃，廣泛應(yīng)用于生活起居、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)發(fā)展等場合。系統(tǒng)采用DS18B20測量技術(shù)、SPI總線技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對各種環(huán)境下的溫度控制和測量。

[1]魏英智.基于DS18B20的定時(shí)溫控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2005:69.

[2]周繼明,江世明主編.傳感技術(shù)與應(yīng)用[M].湖南:中南大學(xué)出版社,2009:13-67.