基于单片机设计的智能温度报警器

智能温度报警系统摘要:智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能温度报警系统就是其中的一个体现，本次设计的智能温度报警系统，以 STC89C52 单片机作为微控制器，设计出一种高低温智能温度报警系统，通过 DS18B20 温度传感器检测温度，当检测到的温度高于设定值时蜂鸣器报警或当检测到的温度低于设定值时蜂鸣器开始报警，温度检测精确到 0.1 度。并具有掉电保存功能，数据保存在单片机内部。工作状态实时显示在 1602液晶上。其中电源采用 3 节 5 号干电池供电。关键词：STC89C52 单片机 DS18B20 1602 液晶模块 1 设计方案与论证采用 STC89C52 单片机作为控制单元，因为该型单片机价格便宜，功能比较强大，性价比高，而且在市场上很容易买到。通过DS18B20 温度传感器来采集温度信息，送入主控单元单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。液晶显示采用 1602LCD 实时显示工作状态。此系统比较灵活，更重要的是采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。2 系统硬件设计2.1 单片机选择方案一：选用一片 CPLD（如 EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。CPLD 具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用 VHDL 语言进行编写开发。但 CPLD 在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD 的处理速度非常快，而智能温度报警系统对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU 就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。方案二：采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，以 STC89C52 单片机作为微控制器，设计出一种高低温智能温度报警系统，通过DS18B20 温度传感器检测温度，当检测到的温度高于设定值时蜂鸣器报警或当检测到的温度低于设定值时蜂鸣器开始报警，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。51 单片机具有功能强大的位操作指令，I/O 口均可按位寻址，程序空间多达 8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是 51 单片机价格非常低廉。因此，这种方案是一种较为理想的方案。2.2 电源模块由于本系统采用电池供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。方案 1：采用 12V 蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，价格昂贵，在智能温度报警器上使用极为不方便。因此我们放弃了此方案。方案 2：采用 3 节 1.5 V 五号干电池串联共 4.5V 给单片机传感器供电，4.5V 在单片机传感器工作电压内。经过实验验证，能够满足系统的要求。系统运行稳定，电池更换方便。综上所述采用方案 22.3 显示模块方案 1：用 LCD1602 液晶进行显示。LCD1602 液晶由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。但是由于要显示温度。及设置菜单，用 LCD1602 液晶无法显示如此丰富的内容，因此我们放弃了此方案。方案 2：用 LCD 液晶进行显示。LCD 由于其显示清晰，显示内容丰富、清晰，显示信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。对于此系统我们选用 1602 液晶能够很好的满足显示要求，因此我们选择了此方案。2.4 温度传感器方案 1：用铂电阻测温的非线性校正方法，采用桥式电路将热敏电阻的感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，再加上放大器将信号放大，并经 AD 转换器，在通过显示电路，就可以将被测温度显示出来。图 1 铂电阻桥式测温电路方案 2：考虑使用数字温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20 温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。图 2 DS18B20 测温系统框图方案比较方案一采用模拟温度传感器，数据处理麻烦，且容易产生信号失真. DS18B20 可以直接温度转换为串行数字信号，供单片机进行处理，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。在本系统的电路设计方框图如图2-3 所示。STC89C52CPUDS18B20温度芯片1602 显示报警电路电源图 3 温度计电路总体设计方案DS18B20 是 Dallas 公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按 9 位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚 TO-92 小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为 912 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20 可以并联到三根或者两根线上，CPU 只需一根端口线就能与多个 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。图 4 温度芯片 DS18B203 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块主 控 制 最 小 系 统 电 路 如 图 5 所 示 。P1.024678RST9(XD)INWALGE/OVCUYMuFKJ图 53.2 电源模块采用 3 节 1.5 V 五号干电池串联共 4.5V 给系统供电。实物图如图 6。图 63.4 显示模块显示模块采用 1602 液晶显示接口电路如图 7GND1VC2O3RS4W5EB089/LPK图 73.5 单片机最小运行系统（1）晶振晶振为单片机提供时钟信号。单片机 XIAL1 和 XIAL2 分别接 30PF 的电容，中间再并个 12MHZ 的晶振，形成单片机的晶振电路。图 8 晶振电路（2）复位电路单片机在启动时都需要复位，以使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期(24 个振荡周期)以上，则 CPU 就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。 图 9 复位电路ALE 引脚悬空，复位引脚接到复位电路、VCC 接电源、VSS 接地、EA 接电源3.6 温度传感器(DS18B20)电路（1） DS18B20 基本介绍DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理器处理。DS18B20 进行精确的温度转换，I/O 线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个 DS18B20 在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根 I/O 线上进行多点测温时，只靠4.7K 上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，下图电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。并且工作电源 VCC 必须保证在 5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。 GNDAT2VC3US8B0R4.7KP图 10 温度传感器电路引脚图（2） DS18B20 控制方法DS18B20 有六条控制命令：温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中 重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主CPU （3） DS18B20 供电方式DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图 3.1 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个三极管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， P2.3 口接单线总线为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个上拉电阻和 STC89C52 的 P2.3 来完成对总线的上拉。当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开