基于51單片機的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計

吳迎春 曾利霞

【摘? 要】論文利用AT89C51單片機和DS18B20溫度傳感器設(shè)計了一款能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境溫度進行實時采集并當(dāng)環(huán)境溫度超過設(shè)定值時進行自動報警的溫度采集系統(tǒng)。論文使用Proteus對電路進行仿真，得到溫度采集系統(tǒng)的仿真電路圖，按照電路圖焊接完成硬件電路，并對硬件電路進行調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明：該系統(tǒng)能實時顯示環(huán)境溫度，溫度采集范圍為-55～+120℃，溫度測量精度可以達到0.1℃;可以根據(jù)用戶需求設(shè)定溫度上下限，當(dāng)環(huán)境溫度超出設(shè)定值時，系統(tǒng)能進行聲光報警。該溫度采集系統(tǒng)性能可靠、成本低廉、使用便捷。

【Abstract】This paper uses AT89C51 single chip microcomputer and DS18B20 temperature sensor to design a temperature acquisition system which can realize real-time acquisition of environmental temperature and alarm automatically when the environmental temperature exceeds the set value. The paper uses Proteus to simulate the circuit， obtains the simulation circuit diagram of the temperature acquisition system， welds and completes the hardware circuit according to the circuit diagram and debugs the hardware circuit. The debugging results show that： the system can display the environmental temperature in real-time， its temperature acquisition range is from -55℃ to +120℃， its temperature measurement accuracy can reach 0.1℃. The system can set the upper and lower limits of temperature according to the user's needs. When the environmental temperature exceeds the set value， the system can give sound and light alarm. The temperature acquisition system has reliable performance， low cost and convenient use.

【關(guān)鍵詞】AT89C51單片機;溫度傳感器;溫度采集

【Keywords】AT89C51 single chip microcomputer; temperature sensor; temperature acquisition

【中圖分類號】TP274+.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）10-0186-03

1 引言

溫度與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，傳統(tǒng)的溫度采集方法不但費時費力，而且精度差，可靠性也得不到保證，早已滿足不了現(xiàn)在各行各業(yè)對溫度測量的要求[1]。單片機和溫度傳感器的出現(xiàn)和運用使得人們對溫度的采集和處理方式得到了極大的革新，選取和應(yīng)用合適的單片機和溫度傳感器能夠提高溫度的測量精度和可靠性。本文基于AT89C51單片機設(shè)計的溫度采集系統(tǒng)可實時采集環(huán)境溫度，性能穩(wěn)定可靠，成本低廉，使用便捷。

2 溫度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本文設(shè)計的溫度采集系統(tǒng)利用AT89C51單片機作為數(shù)據(jù)處理和控制單元，整個電路由溫度采集系統(tǒng)模塊、單片機控制模塊、報警警告模塊、溫度顯示模塊和鍵盤輸入模塊組成。首先，溫度傳感器DS18B20[2]將采集到的溫度通過控制總線輸入單片機，完成對外界溫度的采集;其次，51單片機對接收的溫度數(shù)據(jù)進行分析處理，驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度信息;最后，把當(dāng)前環(huán)境溫度值與使用外部輸入鍵盤設(shè)置的上限和下限溫度值進行比較，在環(huán)境溫度超過設(shè)定值時觸發(fā)警報裝置進行報警。溫度采集系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計

溫度采集電路開啟運行后，系統(tǒng)將執(zhí)行溫度采集、對采集到的溫度值進行處理、超限度警報、鍵盤輸入上下限值和溫度顯示五項功能。利用DS18B20將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為電信號，然后將采集的溫度信號送入單片機處理，進而判斷溫度的正負值并將溫度值和用戶設(shè)置的溫度上下限值進行比較，假如超出設(shè)定的溫度范圍，溫度報警模塊將會被觸發(fā)，蜂鳴器和發(fā)光二極管開始工作。圖2所示為系統(tǒng)軟件總流程圖。

4 電路仿真與硬件調(diào)試

4.1 電路仿真

利用Proteus繪制出電路原理圖，點擊原理圖上的AT89C51單片機，選擇寫好的程序，為單片機加載程序。設(shè)定初始下限溫度值為10℃，上限溫度值為90℃，運行電路，可以實現(xiàn)溫度顯示及溫度值超出設(shè)定值時的聲光報警。仿真電路如圖3所示。

4.2 硬件調(diào)試

按照仿真電路焊接完成了溫度采集系統(tǒng)的硬件電路，實物圖如圖4所示。第一次上電后，發(fā)現(xiàn)電路的報警模塊不能正常報警，通過對每一個電路模塊進行測試發(fā)現(xiàn)故障是蜂鳴器虛焊所致。重焊后再次進行測試，系統(tǒng)能實現(xiàn)所有的預(yù)期功能。

一般情況下，LED顯示屏上顯示的是當(dāng)前環(huán)境溫度。當(dāng)設(shè)定了溫度上下限值后，改變環(huán)境溫度，使其超過溫度設(shè)定值，紅燈亮起，同時發(fā)出報警聲，如圖5所示。

5 結(jié)論

當(dāng)前，單片機技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面[3]。本文利用AT89C51單片機設(shè)計了一款能夠?qū)Νh(huán)境溫度進行實時采集并當(dāng)環(huán)境溫度超過設(shè)定值時進行自動報警的溫度采集系統(tǒng)，適用于家庭、畜牧養(yǎng)殖場和溫室大棚[4]等眾多場所。通過硬件電路設(shè)計和軟件編程，該溫度采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時顯示環(huán)境溫度，溫度采集范圍為-55～+120℃，其溫度測量精度可以達到0.1℃。用戶可以根據(jù)使用需求自行設(shè)定溫度上下限，當(dāng)環(huán)境溫度超出設(shè)定值時，系統(tǒng)能夠進行聲光報警。同時，該溫度采集系統(tǒng)具有精度高、外接線路簡單、應(yīng)用廣泛、成本低等優(yōu)點。

【參考文獻】

【1】方琨，張娟，蔡振江，等.基于DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫室環(huán)境采集系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（23）：12792-12794.

【2】柳兆軍.基于ARM的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的溫度采集設(shè)計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（24）：11723-11724.

【3】呂愛華.單片機技術(shù)在智能化電子產(chǎn)品中的應(yīng)用分析[J].南方農(nóng)機，2018，49（09）：167.

【4】蔡用霞，呂曉梁，盧佩.基于AT89C51的溫室大棚溫濕度測控系統(tǒng)設(shè)計[J].科技信息，2010（13）：79-80.