基于单片机的多点温度测控系统的设计

中北大学计算机与控制工程学院 雷 霖 沈小林 李 萍



基于单片机的多点温度测控系统的设计

中北大学计算机与控制工程学院 雷 霖 沈小林 李 萍

【摘要】本文介绍了一种基于AT89C51单片机的多点温度测控系统的设计方案。本系统将数据采集、信息传输、信息处理等多种信息技术相互融合，采用了模块化设计，简便易行，可靠稳定。

【关键词】AT89C51；DS18B20；LCD1602；X5045P

1 系统总体设计方案

本系统以AT89C51单片机为控制器，进行主要的信息处理；采用五个DS18B20数字温度传感器进行多点的温度采集；采用看门狗芯片X5045P与复位电路结合防止系统进入死循环的混合电路；应用LCD1602显示模块可以实时循环显示五路温度；键盘电路可以手动调节温度上下限；系统温度调节部分与报警部分由继电器、蜂鸣器、LED灯组成。如图1所示。

图1　系统总体设计结构图

在整个系统中软件设计也采用模块化程序设计的方式，包括主程序模块，初始化参数设置模块，数据采集程序模块，显示模块，调节模块。在这个系统中单片机部分采用C语言编程。

2 系统实用性分析

本设计要实现的功能是：实时显示当前环境的温度，允许用户设定温度上下限值。当环境温度超过或低于上下限时，系统进行报警提示，控制设备自启动。待达恢复到标准范围后，报警结束，控制设备停止运行。具体实现功能如下：

能够自主调节大棚需要温度上下限值。在系统上面有调节按钮，可随时根据需要增加或者减少预设值，并通过LCD1602显示预设温度上下限。

实现多点温度值的实时采集。根据测量的实际需要，由五路温度传感器对关键敏感点进行测量。由AT89C51单片机对各路数据进行五路循环检测与数据处理，实现温度的智能与多点测量，并通过LCD1602实时显示测量温度。

实现超限数据的及时报警。一旦发现被测温度超过了预设温度上下限，报警电路启动，蜂鸣器发声，对应支路红色LED报警灯亮起。

实现温度的精确控制。一旦发现被测温度超过了预设温度上限，控制电路立刻启动，继电器工作，开始通风降温；一旦发现被测温度超过了预设温度下限，控制电路立刻启动，继电器工作，开始加热升温。

系统性能技术指标：

测温范围：-20℃～80℃

测温精度：±0.5℃

3 系统硬件接口电路设计

整个系统的硬件接口电路的设计包括：时钟电路、检测电路、显示电路、复位电路、键盘电路、报警电路与调节电路。

3.1 时钟电路

AT89C51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自振荡器。电容C1和C2取30pF，可稳定频率并对振荡器频率有微调作用。振荡脉冲电路范围为fosc=0～24MHz[1]。

3.2 复位电路

AT89C51系列单片机，在启动时需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。AT89C51单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内部的施密特触发器中的[2]。本设计采用的是通过接通一铵钮开关，使单片机进入复位状态的手动复位并结合看门狗防止进入死循环的混合电路。

3.3 看门狗电路

X5045P看门狗芯片VCC与WP引脚共接5V外接电源；GND引脚接地；RST引脚与单片机RST引脚共接；SI,SO,SCK,CS/WDI引脚分别连接单片机P1.4～P1.7引脚。

3.4 检测电路

系统检测电路由五个温度传感器是DS18B20并接构成。检测电路中五个DS18B20传感器VCC引脚共接5V外接电源；五个GND引脚共接接地；五个I/O引脚一端经4.7K欧的上拉电阻与5V外接电源连接，另一端与单片机P1.3引脚连接。图2为时钟电路、复位电路、看门狗电路、检测电路的电路图。

3.5 显示电路

系统显示电路由LCD1602构成，LCD1602的VDD引脚与5V外接电源连接；VSS与BLK共接接地；VL与BLA引脚共接经1.8K欧上拉电阻与5V外接电源连接；RS,R/W,EN引脚分别与单片机P2.7～P2.5引脚连接；LCD1602的D0～D7引脚分别与单片机的P0.0～P0.7引脚连接。

3.6 键盘电路

系统键盘电路由4个按键开关构成。开关S1～S4一端共接接地，另一端分别与单片机P3.2～P3.5引脚连接构成键盘电路。

3.7 报警电路与调节电路

系统报警电路由蜂鸣器电路与五个对应支路红色LDE报警灯构成。单片机P3.7引脚控制蜂鸣器电路。报警灯电路由五个LED灯一端分别经过五只1K欧上拉电阻与外接电源连接，另一端接单片机P2.0 ～P2.4引脚。图3为显示、键盘、报警与调节电路电路图。

图2　时钟、复位、看门狗、检测电路总体电路图

图3　显示、键盘、报警与调节电路电路图

4 结论

本文将数据采集技术、信息传输技术、信息处理技术及信息存储技术等相互融合，提出了一种切实可行的多点温度测控系统，全面、实时、自动地对监测数据进行处理。

与普通的温度测控系统相比，本系统具有以下优点：1)人性化设计：根据不同需求，能够由用户把不同的界限温度输入并通过显示器显示，能够实时、准确的显示采样温度值；2)精确地控制：通过五个传感器采集温度值，能够准确的全方位的判断当前温度是否超标；及时的启动报警装置（包括对应支路的警报灯提示以及蜂鸣器发声提示）进行声光报警。

参考文献

[1][2]李朝青.单片机原理及接口技术(第三版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.