吳涵 張睿 趙光秀

摘要：為了實現(xiàn)對辦公室環(huán)境溫度的實時監(jiān)測，設計一種基于單片機的溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)。以AT89C51為控制器，利用單總線技術的數(shù)字溫度傳感器DS18B20對溫度數(shù)據(jù)進行采集，LED數(shù)碼管實時顯示溫度信息，同時能夠進行溫度的報警的功能。

關鍵詞：AT89C51；DS18B20；調(diào)溫；顯示；報警

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）21-0236-02

Abstract： In order to achieve real-time monitoring of office environment temperature， a real-time temperature monitoring system based on single chip microcomputer is designed. Using the AT89C51 as the controller， the digital temperature sensor DS18B20 using the single-bus technology collects temperature data， and the LED digital tube displays the temperature information in real time and can also perform the temperature alarm function.

Key words：AT89C51； DS18B20；attemperation； display； alarm

日常生活中，溫度監(jiān)測是環(huán)境極為重要的指標之一。近年來，數(shù)字技術的不斷發(fā)展，加上數(shù)字采集技術，溫度系統(tǒng)的功能變得更加的成熟。該設計采用數(shù)字型溫度傳感器采集溫度，單片機進行控制，實現(xiàn)智能化判斷當前溫度情況，以提示當前環(huán)境的變化。

1系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由DS18B20溫度傳感器、單片機、按鍵模塊、顯示模塊和報警模塊組成，實現(xiàn)了溫度的實時監(jiān)測。系統(tǒng)框圖如圖1所示，溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)送至AT89C51單片機，AT89C51單片機完成對數(shù)據(jù)的接收和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)通過顯示電路顯示，按鍵電路設置報警溫度范圍，當不在正常溫度范圍時進行光報警提示，可完成對溫度的實時監(jiān)控。

2硬件組成及原理

2.1單片機最小系統(tǒng)

本設計中選用AT89C51單片機為核心控制元件，它能很好地與傳感器電路連接，利用單片機功能的強大性，以及控制的準確性，實現(xiàn)溫度的智能監(jiān)測，并且易于集成，成本還比較低廉。其最小系統(tǒng)主要由復位電路、振蕩電路組成。

單片機復位，是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于在一個初始的狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。無論是在單片機剛開始接入電源，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要進行復位。復位電路，采用的按鍵復位電路。當復位引腳RST加上大于兩個機器周期的高電平，復位有效。本設計單片機片內(nèi)有一個構成時鐘振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構成一個自激振蕩電路。電容一般在15pF至50pF之間[2]，起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。

2.2 溫度采集電路

溫度采集電路，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行采集溫度。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有3個引腳；溫度測量范圍為-55℃～+125℃，測量精度為0.5℃；CPU只需用一根線就可以與DS18B20通信，由于漏極開路，需要外接一個4.7K的上拉電阻。

2.3按鍵電路

按鍵電路的設計主要功能是可以對溫度的上下限可以隨意的設置，當按下設置一次，表示開始設置上限值，有加有減，再次按下設置鍵，表示開始設置下限的值，同上限值一樣設置。

2.4顯示電路

本設計采用芯片74LS373驅(qū)動四位一體共陽極LED數(shù)碼管。74LS373為三態(tài)輸出的八D鎖存器，D0～D7數(shù)據(jù)輸入端，OE三態(tài)允許控制端（低電平有效），Q0～Q7 輸出端，當鎖存允許端LE為高電平時，Q隨數(shù)據(jù)D而變[3]。

本設計選擇兩位一體的數(shù)碼管，軟件設計方法采用動態(tài)顯示原理。所有數(shù)碼管有8個段選線"a，b，c，d，e，f，g，dp"，每個數(shù)碼管的公共極為COM，即位選線，由不同的I/O線控制。一個顯示狀態(tài)只能有一個數(shù)碼管工作，當段選線收到字形碼時，數(shù)碼管即可以顯示相應的字形。為了顯示出當前溫度，需要在兩個數(shù)碼管同時顯示字形，只要輪流選通相應的數(shù)碼管的位選，送入斷碼，雖然在輪流顯示過程中，控制好每位數(shù)碼管的點亮時間，一般設置為1～2ms。實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，利用人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余暉效應，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，能夠節(jié)省大量的I/O端口 [4]。

2.5報警電路

LED報警電路設計，選用一個紅色和一個黃色LED燈，將其與AT89C51芯片的控制I/O口相連接。

3仿真結(jié)果分析

系統(tǒng)啟動后，通過按鍵設置上下限溫度10～25℃。當前溫度為30℃，超過上限值，紅燈常亮，黃燈滅，如圖3所示，以警示人當前的溫度。

當前溫度為9℃，超過下限值，黃燈常亮，紅燈滅，以警示人當前的溫度。

當前溫度為20℃，在正常溫度范圍內(nèi)時，綠燈常亮，紅燈滅，如圖4所示。

4 結(jié)論

基于單片機的溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對溫度的實時監(jiān)測和預警功能，操作簡單、測溫范圍廣，使用方便，而且成本低，維護方便，能夠根據(jù)需要添加采集通道數(shù)，可擴展性強，對數(shù)字化、智能化控制具有重要意義。

參考文獻：

[1] 沙占友，李學芝著.中外數(shù)字萬用表電路原理與維修技術[M].北京：人民郵電出版社，1993.

[2] 張學昭，王東云主編.單片機原理接口技術及應用（含C51）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.

[3] 張毅剛，劉杰主編.單片機原理與應用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2010.

[4] 彭偉編.單片機C語言程序設計實訓100例--基于8051+Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

【通聯(lián)編輯：王力】