基于AT89S52单片机的自动温度测量报警系统设计

孔灿斐?班戈?欧阳伟华?李萧萧

摘 要：温度的测量和控制在日常生活中有着重要的意义。本系统以AT89S52单片机为核心，集成电路温度传感器DS18B20为测温器件，LED数码管为显示器件的温度测量报警系统。该系统测温精度高，且具有对温度进行实时监控以及超过预先设定值报警的功能，系统整体设计简单实用、性能可靠，具有一定的应用价值，可推广性高。

关键词：温度测量报警；AT89S52；DS18B20；LED数码管

1. 引言

随着科学技术水平的不断进步和发展，温度作为一个非常重要的物理量在冶金、水泥、玻璃、电力工业、机械制造、医药等众多领域都需要被涉及到，而且这些行业对于温度检测的要求越来越高。随着对温度的研究也衍生出了各种各样的温度传感器。与此同时，信息科学和微电子技术的快速发展也给人们的生产、生活带来了一个巨大的飞跃，使社会更加自动化和智能化给数以百万计的用户带来方便。以此为构想来设计温度测量报警系统能更贴近人们的生活，也可以更加精准的控制温度的变化。

2. 系统结构与工作原理分析

本系统需要先利用键盘设定温度报警的范围，然后利用传感器将温度转换为电学量，经单片机处理后将设定温度以及实时温度显示在数码管上，在温度达到报警温度临界点时报警系统进行报警，对操作员给以提醒。系统采用高精度温度传感器DS18B20作为温度测量设备的测温器件。DS18B20内部集成半导体温度传感器和信号处理电路，输出为模拟电压信号。主控部件采用AT89S52单片机，该单片机不需要烧写器，只需借助PC并口输出和简单的下载电路，便可以通过串行方式将程序写入。除此之外下载电路在系统中也可以设计，可以在任何时候对单片机软件进行修改而没有任何硬件的变化。为了实现温度的实时显示，设计采用晶体管显示设备。将LED灯和蜂鸣器报警指示器作为报警指示装置。系统电路图如下图所示：

3. 系统硬件的设计

3.1 单片机AT89S52系统设计

AT89S52作为低功耗，高性能的CMOS 8位单片机，其具有8K系统可编程Flash 存储器，该器件由ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，包括MCS-51指令系统及80C51引脚结构，并且芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，片上Flash允许程序存储器在系统里编程，亦适于常规编程器。AT89S52支持两种软件可选

择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止

3.2 温度传感器DS18B20系统设计

DS18B20测量温度范围为 -55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。DS18B20可以通过程序设定9～12位的分辨率，此外用户设定的报警温度会存储在EEPROM中，掉电后依然保存，不会丢失。

3.3 LED数码管显示系统设计

本次设计采用4位共阳极LED数码管从P14，P15，P16，P17串口输出段码。用PNP三极管进行驱动，当相应的端口变成低电平时，驱动相应的三极管会导通，驱动三极管给数码管相应的位供电，这时只要P0口送出数字的显示代码，数码管就能正常显示数字。

3.4 报警电路设计

在报警电路中添加一个PNP三极管驱动，将基极接单片机P11口，当端口变成低电平时，驱动三极管会导通，VCC电压加载到蜂鸣器使其发声报警且发光二极管亮。

4. 系统软件设计

为了更方便于程序的修改，系统的设计流程模块包括温度采集、A/D转换、数据处理、报警输出四个部分。温度的采集所用到的器件是温度传感器DS18B20，而A/D转换功能和报警输出功能是用单片机进行控制的，再然后数据处理部分是在单片机接收A/D转换器送来的数据之后并在其内部进行并完成的，其给出的结果将会决定报警输出模块是否需要进行工作。具体的工作流程如下所述：设定一个报警温度限定值，然后DS18B20就会采集温度，并且将温度信号转换为电信号，A/D转换则是对线性放大后的模拟电信号进行A/D转换，并进而成为单片机可以处理的数字信号，单片机对该数字信号进行分析然后将分析结果送至报警輸出电路中，然后报警输出电路就会根据该分析结果做出相应的反应。整个过程的流程图如左图

所示。

5.结束语

本次研究设计的温度测量自动报警系统核心围绕AT89S52单片机展开，整个系统由构造简单、成本较低的中央处理单元与外围扩展模块组合而成，并且具有在-55℃～+125℃的范围内工作的良好性能。该温度控制系统与传统装置相比，具有主机接口简单、结构灵活、调试方便等特点，最突出的是修改调试方面，只需在工作前设定一个报警临界值，就可以运用在温度传感器量程内的各个领域，经过大量实验数据表明这种测温系统转换速度快、精度高，是具有设计新颖的创新型温控系统。

参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989

[2] 陈海晏.51单片机原理及应用（第2版）. 北京：北京航空航天出版社，2013.3

[3] 张毅坤，陈善久，裘雪红. 单片微型计算机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社， 1998.