基于单片机的温度报警控制系统的设计

文/许中璞

现阶段，各行业对温度的控制还不够智能化，火灾频频发生，人民的人身安全和财产损失隐患重重。针对此问题，本文设计了一种基于IAP15W4K58S4 单片机的温度报警控制系统，实现了温度的智能化控制，有效提高了系统的安全性和智能性。

本文主要内容有：

（1）系统总体框架构成；

（2）系统的硬件构成；

（3）系统的软件构成。

1 系统总体框架构成

本温控报警系统框架如图1所示：主要组成有：IAP15W4K58S4 主控芯片、DS18B20温度检测模块、温度控制模块、数码管显示模块、蜂鸣器和指示灯构成的报警模块。具体工作流程：首先，用键盘输入模块设置系统控制温度的上下限值；其次，温度检测模块对系统内温度进行实时检测，并将采集到的温度值送给主控芯片进行分析处理。如果检测到的温度在预先设置温度值的上下限值之间，说明系统正常工作，当温度高于或低于温度上下限时，主控芯片启动蜂鸣器和指示灯报警；最后，主控芯片控制温度控制模块，对系统负载进行自动加热或制冷操作，从而实现系统温度的智能化调节。

2 系统硬件构成

硬件主要构成有：主控芯片、按键输入模块、温度检测和控制模块、报警模块和数码显示模块，硬件电路设计原理图如图2所示。

2.1 IAP15W4K58S4单片机

采用STC 公司的IAP15W4K58S4 单片机（LQFP44）作为主控芯片，该单片机内置高可靠复位电路、高精准时钟电路，片内带有高达4KB 的SRAM 和58KB 的ROM、采 用 先进指令集结构、4 个独立UART 等丰富资源，具有系统在线仿真和编程、无需专用仿真器等功能和超低功耗、超强抗干扰、低价格、体积小等优势，性价比极高。

2.2 温度检测模块

通过DS18B20 温度传感器实现。具有体积小，硬件开消小，抗干扰能力强，精度高，附加功能强等优点。DS18B20 可将检测到的实时温度转为串行数字信号，送给单片机处理。温度检测与数据传输集成在一起，具有很强的抗干扰力。采用单线数据传输，外接10K 上拉电阻与单片机P3.7 口相连进行数据的双向传输。

2.3 温度控制模块

主要有继电器（K4 和K5）、三极管（Q0和Q1）和发光二极管（LED0 和LED1）构成：利用单片机控制三极管的通断，实现温度的自动化调节。当检测温度高于温度上限时，单片机P1.0 发送低电平信号，经限流电阻R18到达Q0，Q0 导通，点亮发光LED1，K4 工作，开启制冷系统，从而降低系统温度；当检测温度低于温度下限时，单片机P1.1 发送低电平信号，经R20 到达Q1，Q1 导通，点亮LED2，K5 工作，开启加热装置，从而提高系统温度。

2.4 按键输入模块

由K2、K3 和K4 组成，其中K2 为设置按键，K3 减小限值，K4 增加限值，只有按下K2 才可增减。按下K2 数码管显示HXc（X为上限值，c 为摄氏度），此时可进行加减操作确定温度上限；再按下K2 显示LYc（Y 为下限值），提示设置下限，此时也可通过加减设置温度下限。设置好上下限值后再按下K2，退出并保存，回到正常的测温状态。

2.5 数码管显示模块

采用4 位共阳数码管从P2.4,P2.5,P2.6,P2.7输出段码。用三极管进行驱动，当端口变低时，对应的三极管导通，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。

2.6 报警模块

由三极管Q2 驱动，基极接单片机P4.2 口，当检测到的温度高于或低于上下限温度时，单片机P4.2口发出的低电平经R15驱动Q2导通，蜂鸣器Speaker 发声报警。

3 系统软件构成

系统软件程序流程图如图3所示，具体工作过程为：一开始上电时，整个系统处于控制状态，DS18B20 初始化，然后设置温度的上下限值；接着，数码管显示当前温度，当检测到的温度高于预先设置的温度上限时，指示灯LED0 点亮，报警系统启动，蜂鸣器发声，系统启动制冷装置进行降温；当检测到的实时温度低于温度下限时，指示灯LED1 点亮，启动报警系统，蜂鸣器发声，同时制热装置开始工作进行升温。

图1：温控报警系统总体框架

图2：温控系统硬件电路设计原理图

图3：系统软件设计程序流程图

4 总结

本文以IAP15W4K58S4 单片机作为主控芯片，设计了一种温度报警控制系统，实现了系统温度的智能化控制。经实验证明：本系统结构简单，开发成本低，稳定性好，可靠性高，通过数码管显示模块方便人机交互，而且系统扩展性高，易于增加其他的功能，可广泛应用于如冶金、石油石化、电厂、供暖等对温度实时控制要求较高的工业控制系统或机房、空调等用电设备较长时间工作的民用场合，具有很高的应用价值。