基于單片機(jī)的機(jī)房溫度預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

王慶剛 張晉

(1.西南石油大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息化中心,四川成都 610500;2.西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院,四川成都 610500)

隨著社會和科技高速發(fā)展,人們工作的環(huán)境條件也在不斷提高,環(huán)境的多變導(dǎo)致人們對工作環(huán)境的安全更為重視,尤其是一些存放重要設(shè)備的機(jī)房內(nèi),更是需要嚴(yán)加看護(hù),而眾多隱患中,火災(zāi)高溫隱患對儀器設(shè)備的危害性最高,因此本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)的機(jī)房溫度預(yù)警系統(tǒng),本系統(tǒng)應(yīng)用Proteus進(jìn)行仿真,易操作、實用性高,能夠及時發(fā)現(xiàn)機(jī)房高溫隱患,從而有效減少設(shè)備的損失。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本設(shè)計主要由52單片機(jī),DS18B20溫度傳感器,數(shù)碼管顯示屏,蜂鳴器等組件構(gòu)成:DS18B20用于采集溫度數(shù)據(jù)并反饋,數(shù)碼管顯示屏用于顯示溫度數(shù)值,蜂鳴器用于產(chǎn)生報警信號,而控制操作這一切流程的程序,則被寫入于52單片機(jī)內(nèi)部芯片內(nèi)。系統(tǒng)的總體流程圖如圖1。

2 硬件設(shè)計

2.1 單片機(jī)

52單片機(jī)對比于51類,不僅有51單片機(jī)的特性,更甚于說比51更為強(qiáng)大,單片機(jī)系統(tǒng)采用C語言編寫,開發(fā)環(huán)境為Keiluvision4,AT89C52是擁有低電壓高性能特點的CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)有8kb的反復(fù)可擦寫只讀程序存儲器(ROM)以及256B的隨機(jī)存儲數(shù)據(jù)器(RAM),適用MCS-51指令以及51系列引腳,片內(nèi)配8位中央處理器,FLASH存儲單元也是一大亮點與特點。而實際進(jìn)行設(shè)計組裝時,選擇了功能較為完整的52單片機(jī)開發(fā)板,易獲得,易操作是其特點之一。開發(fā)板采用RC復(fù)位方式,總體程序?qū)懭牒筮\(yùn)行,如果出現(xiàn)程序跑飛,利用RESET按鍵即可復(fù)位。

2.2 溫度采集模塊

對于溫度信號的采集,本設(shè)計利用DS18B20溫度傳感器采集,其擁有體積小,功耗低,抗干擾的優(yōu)點,其溫度的測量范圍為-55°C-+125°C,足以靈敏地對高溫信號作出反應(yīng),DS18B20的三個引腳,一個接電源,一個接地,一個接數(shù)字輸出/輸入引腳。DS18B20擁有掉電保護(hù)的功能,后接JK觸發(fā)器,與ADC0808 A/D轉(zhuǎn)換芯片相連。ADC0808是含8位A/D 轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān),以及與微型計算機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件,利用逐次逼近型的轉(zhuǎn)換方法。ADC0808的精度為1/2LSB。8 路的模擬開關(guān)的通斷由地址鎖存器和譯碼器控制,可以在8 個通道中任意訪問一個單邊的模擬信號。經(jīng)過ADC0808的信號交由單片機(jī)處理判斷是否達(dá)到報警溫度值。

圖1 系統(tǒng)總體流程

圖2 總體設(shè)計原理

2.3 數(shù)碼管溫度顯示裝置

對于溫度顯示,可以采用多位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示或多位LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示,對于位數(shù)不多,溫度要求不是特別精確的本題來說,可以采用多位LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示,采用這種方法時,有一優(yōu)點就是LED顯示器由接口芯片直接來驅(qū)動,利用串行輸出的方式節(jié)約單片機(jī)的內(nèi)部資源,小電流亦能提供高顯示亮度,減少損耗與浪費(fèi)。另外,74LS164用來實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換,不需要其他的驅(qū)動電路,LED具有易控制,電路簡單,高亮度,占CPU少等特點,無需太多接口資源,即可滿足設(shè)計要求。

2.4 報警裝置

一般而言,報警裝置選用蜂鳴器或者揚(yáng)聲器來使用,我們采用揚(yáng)聲器組件來作為報警裝置,即由一個三極管,一片模擬四聲訊響器,一片音頻功率放大器LM386并配備一個揚(yáng)聲器(2w喇叭)。產(chǎn)生報警信號時,由單片機(jī)首先導(dǎo)通三極管然后驅(qū)動訊響器,由于輸出信號功電流不夠大,功率弱,所以通過功率放大器,通過12V下的大電流驅(qū)動揚(yáng)聲器,從而產(chǎn)生較大分貝的報警鳴響。如果需要更大的報警聲響,可以接入外接設(shè)備來進(jìn)行增益。

2.5 電源裝置

本設(shè)計中采用的單片機(jī)芯片,LED數(shù)碼管顯示以及報警用蜂鳴器等裝置,需要電壓不是很高,所以外置電源5V即可,可以利用可充電式電池做一個簡易供電設(shè)備。總體設(shè)計原理圖2。

圖3 系統(tǒng)實現(xiàn)效果

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計部分主要是利用Keiluvision4環(huán)境進(jìn)行編程,實現(xiàn)日常溫度顯示,高溫產(chǎn)生信號反饋至芯片,判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)危險高溫值,再驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報警。系統(tǒng)的核心功能代碼如下:

....

void main()

{

LcdInit(); //初始化LCD1602

LcdWriteCom(0x88); //寫地址 80表示初始地址

LcdWriteData('C');

while(1)

{

LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());

// Delay1ms(1000);//1s鐘刷一次

}

}

....

void LcdDisplay(int temp) //

{

unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0, 0};

float tp;

if(temp< 0)

{

LcdWriteCom(0x80);

LcdWriteData('-');

temp=temp-1;

temp=～temp;

tp=temp;

temp=tp*0.0625*100+0.5;

}

....

4 高溫報警的實現(xiàn)

設(shè)計本身正常情況下,數(shù)碼管顯示的是正常室溫,以便可以對照是否溫度標(biāo)準(zhǔn)是否出現(xiàn)偏差,及時矯正。在設(shè)計過程中,經(jīng)考慮儀器的高溫承受程度,所以在程序內(nèi)預(yù)設(shè)50度為報警溫度,若在溫度傳感器接收到高于50度的溫度信號,就會反饋至設(shè)備內(nèi)部,迅速報警。在進(jìn)行試驗?zāi)M高溫情景時,利用多種熱源進(jìn)行試驗,均可以引發(fā)溫度報警且靈敏度沒有受高溫的影響,同時由于日常設(shè)備開啟狀態(tài)時不需要太多負(fù)載,所以設(shè)備本身的溫度影響可以做到忽略不計。系統(tǒng)實現(xiàn)效果圖如圖3。

5 結(jié)語

本文中基于52單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的室內(nèi)高溫報警系統(tǒng),成本較低廉,易于操作,由于實驗室條件限制,所以暫時只能對溫度進(jìn)行報警而不能進(jìn)行實時測量以及溫度數(shù)據(jù)反饋,但是若對于一些要求偏低的室內(nèi),簡單與快捷也就成了優(yōu)點與特色。另外,以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)模板,可以根據(jù)實際應(yīng)用需求直接進(jìn)行相關(guān)方面的升級,可塑性比較大。在推進(jìn)全社會工業(yè)自動化的今天,必將為我們的工作和生活提供便利。

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