基于單片機(jī)的溫度報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文/許中璞

現(xiàn)階段，各行業(yè)對(duì)溫度的控制還不夠智能化，火災(zāi)頻頻發(fā)生，人民的人身安全和財(cái)產(chǎn)損失隱患重重。針對(duì)此問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于IAP15W4K58S4 單片機(jī)的溫度報(bào)警控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫度的智能化控制，有效提高了系統(tǒng)的安全性和智能性。

本文主要內(nèi)容有：

（1）系統(tǒng)總體框架構(gòu)成；

（2）系統(tǒng)的硬件構(gòu)成；

（3）系統(tǒng)的軟件構(gòu)成。

1 系統(tǒng)總體框架構(gòu)成

本溫控報(bào)警系統(tǒng)框架如圖1所示：主要組成有：IAP15W4K58S4 主控芯片、DS18B20溫度檢測(cè)模塊、溫度控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊、蜂鳴器和指示燈構(gòu)成的報(bào)警模塊。具體工作流程：首先，用鍵盤輸入模塊設(shè)置系統(tǒng)控制溫度的上下限值；其次，溫度檢測(cè)模塊對(duì)系統(tǒng)內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將采集到的溫度值送給主控芯片進(jìn)行分析處理。如果檢測(cè)到的溫度在預(yù)先設(shè)置溫度值的上下限值之間，說明系統(tǒng)正常工作，當(dāng)溫度高于或低于溫度上下限時(shí)，主控芯片啟動(dòng)蜂鳴器和指示燈報(bào)警；最后，主控芯片控制溫度控制模塊，對(duì)系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行自動(dòng)加熱或制冷操作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)溫度的智能化調(diào)節(jié)。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

硬件主要構(gòu)成有：主控芯片、按鍵輸入模塊、溫度檢測(cè)和控制模塊、報(bào)警模塊和數(shù)碼顯示模塊，硬件電路設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

2.1 IAP15W4K58S4單片機(jī)

采用STC 公司的IAP15W4K58S4 單片機(jī)（LQFP44）作為主控芯片，該單片機(jī)內(nèi)置高可靠復(fù)位電路、高精準(zhǔn)時(shí)鐘電路，片內(nèi)帶有高達(dá)4KB 的SRAM 和58KB 的ROM、采 用 先進(jìn)指令集結(jié)構(gòu)、4 個(gè)獨(dú)立UART 等豐富資源，具有系統(tǒng)在線仿真和編程、無需專用仿真器等功能和超低功耗、超強(qiáng)抗干擾、低價(jià)格、體積小等優(yōu)勢(shì)，性價(jià)比極高。

2.2 溫度檢測(cè)模塊

通過DS18B20 溫度傳感器實(shí)現(xiàn)。具有體積小，硬件開消小，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20 可將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度轉(zhuǎn)為串行數(shù)字信號(hào)，送給單片機(jī)處理。溫度檢測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸集成在一起，具有很強(qiáng)的抗干擾力。采用單線數(shù)據(jù)傳輸，外接10K 上拉電阻與單片機(jī)P3.7 口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

2.3 溫度控制模塊

主要有繼電器（K4 和K5）、三極管（Q0和Q1）和發(fā)光二極管（LED0 和LED1）構(gòu)成：利用單片機(jī)控制三極管的通斷，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。當(dāng)檢測(cè)溫度高于溫度上限時(shí)，單片機(jī)P1.0 發(fā)送低電平信號(hào)，經(jīng)限流電阻R18到達(dá)Q0，Q0 導(dǎo)通，點(diǎn)亮發(fā)光LED1，K4 工作，開啟制冷系統(tǒng)，從而降低系統(tǒng)溫度；當(dāng)檢測(cè)溫度低于溫度下限時(shí)，單片機(jī)P1.1 發(fā)送低電平信號(hào)，經(jīng)R20 到達(dá)Q1，Q1 導(dǎo)通，點(diǎn)亮LED2，K5 工作，開啟加熱裝置，從而提高系統(tǒng)溫度。

2.4 按鍵輸入模塊

由K2、K3 和K4 組成，其中K2 為設(shè)置按鍵，K3 減小限值，K4 增加限值，只有按下K2 才可增減。按下K2 數(shù)碼管顯示HXc（X為上限值，c 為攝氏度），此時(shí)可進(jìn)行加減操作確定溫度上限；再按下K2 顯示LYc（Y 為下限值），提示設(shè)置下限，此時(shí)也可通過加減設(shè)置溫度下限。設(shè)置好上下限值后再按下K2，退出并保存，回到正常的測(cè)溫狀態(tài)。

2.5 數(shù)碼管顯示模塊

采用4 位共陽數(shù)碼管從P2.4,P2.5,P2.6,P2.7輸出段碼。用三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)端口變低時(shí)，對(duì)應(yīng)的三極管導(dǎo)通，給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時(shí)只要P0 口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。

2.6 報(bào)警模塊

由三極管Q2 驅(qū)動(dòng)，基極接單片機(jī)P4.2 口，當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于或低于上下限溫度時(shí)，單片機(jī)P4.2口發(fā)出的低電平經(jīng)R15驅(qū)動(dòng)Q2導(dǎo)通，蜂鳴器Speaker 發(fā)聲報(bào)警。

3 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖3所示，具體工作過程為：一開始上電時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)處于控制狀態(tài)，DS18B20 初始化，然后設(shè)置溫度的上下限值；接著，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于預(yù)先設(shè)置的溫度上限時(shí)，指示燈LED0 點(diǎn)亮，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，蜂鳴器發(fā)聲，系統(tǒng)啟動(dòng)制冷裝置進(jìn)行降溫；當(dāng)檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度低于溫度下限時(shí)，指示燈LED1 點(diǎn)亮，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，蜂鳴器發(fā)聲，同時(shí)制熱裝置開始工作進(jìn)行升溫。

圖1：溫控報(bào)警系統(tǒng)總體框架

圖2：溫控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原理圖

圖3：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程圖

4 總結(jié)

本文以IAP15W4K58S4 單片機(jī)作為主控芯片，設(shè)計(jì)了一種溫度報(bào)警控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)溫度的智能化控制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開發(fā)成本低，穩(wěn)定性好，可靠性高，通過數(shù)碼管顯示模塊方便人機(jī)交互，而且系統(tǒng)擴(kuò)展性高，易于增加其他的功能，可廣泛應(yīng)用于如冶金、石油石化、電廠、供暖等對(duì)溫度實(shí)時(shí)控制要求較高的工業(yè)控制系統(tǒng)或機(jī)房、空調(diào)等用電設(shè)備較長(zhǎng)時(shí)間工作的民用場(chǎng)合，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。