基于单片机温度采集与报警系统的研究

张国容，滕瑞宁，杨升正

（三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

温度作为被控参数，在当今工业生产中扮演着越来越重要的角色。例如，在加热炉、热处理炉以及温室大棚等方面，都将温度作为主要的技术指标[1-2]。当前，大多数温度检测系统主要由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成。而该温度采集系统需要使用较多的测温电缆才能将测量地的温度通过传感器信号送到采集卡上，安装和拆卸过程比较复杂，成本较高。此外，由于线路上传送的是模拟信号，容易受到自然环境和人为因素的干扰，导致测量数据误差较大[3-4]，控制者不能及时通过温度变化作出必要的措施。针对以上情况，自制单片机温度控制器，通过DS18B20控制多路温度采集系统，在Proteus软件上进行仿真实验，结果各个部分均正常工作。然后，通过制作实物在实测地进行检测，结果显示，该系统实现了温度的实时测量与显示以及直流电机降温和语音播报功能。

1 系统设计与实验

单片机温度采集系统核心部件为AT89C51单片机、LCD显示器、DS18B20传感器、语音播报芯片以及散热电机。当传感器接收到温度这一信息时，迅速传给系统并发出温度转换命令开始进行温度转换操作；通过与系统建立数据通信，立即读出当前温度值，并将温度显示在LCD显示屏，然后人工升高或降低所测地的温度。当温度值高于设定初始值时，系统自动启动报警装置播报当前实时温度，并进入电机降温中断程序，通过风扇进行降温。由于DS18B20的单总线通信功能，导致读写时序需要特别注意。

2 工作原理与主程序流程设计

设计以AT89C51单片机为中枢系统，利用温度传感器采集温度，并实时传输到控制系统，实现温度的自动控制。

主程序流程图如图1所示。该流程图很好地反映了温度采集与控制，即假设x是某一通道，初始值为0，当x=1时，采集通道1的温度并显示；当温度超过初始设定值y时，启动电机散热和蜂鸣器报警并显示当前温度；当按键按下时，x=2，采集通道2的温度并显示；此后，循环采集通道温度。

3 PWM脉宽调制电机的散热功能

PWM脉冲宽度调制是一种将模拟信号电平转化为数字编码的过程，大多数应用于测量、通信等方面。本系统中主要应用其占空比性能，即通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机的调压调速控制。如图2所示，在电机降温程序中，首先设置PWM的占空比和定时器的时间，判断采集的温度是否大于设定的某一温度值（26 ℃）。若大于，则调用中断程序，并产生PWM波使电机开始转动，达到降温的目的；若不大于，则不会启动终端程序，电机不转。

图1 温度采集流程图

4 温度采集模块的实际应用

全面建成小康社会的稳步推进，促使全国各族人民的生活水平迅速提高，而对超时令蔬菜的需求量也与日俱增。温室大棚在蔬菜培育过程中占有很大的市场份额。通过对湖北省宜昌市长阳县火烧坪的温度进行采集与分析，并以该地区从2013—2017年冬季11月到次年3月份的月平均气温作为参考发现，该地区近5年来每年1月和2月的极端气温和月平均气温均处于较低状态。极端气温分布在-10～-5 ℃，导致平均气温约为0 ℃，严重影响了蔬菜的存活，甚至导致蔬菜无法生长。因此，良好的测温系统对于保温大棚具有重要意义，即设置温度采集模块为植物正常生长提供所需的温度。当温度低于设定的值时，系统自动报警，提醒需要人工增加或降低棚内温度以达到植物正常生长所需要的温度。

5 结 论

通过使用AT89C51型单片机作为核心控制系统对温度控制实例化，即通过已有的资源设计了一个温室大棚的温度实时控制系统。通过设计与调试，系统能读出并显示DS18B20采集的温度，实现了温度数据的存储和串行通信，且能够实现超温报警，并调用电机中断程序进行降温，同时可通过处理按键来切换需要显示的通道温度，可广泛应用于温度测量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业以及安全监控等工程中。

图2 电机控制流程图