基于单片机控制的温度监测系统.pdf
第2期 （总第120期）机 械 管 理 开 发2011年4月 No.2 （Sum No.120）MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTApr.2011 0引言 智能温度测控装置适应粮库、 库房、 工用场所等面 积较大、 温度要求较高、 人员相对不足的情况下使用， 很大程度上减少工作量， 避免人为测量的不及时性和 误差， 具有自动化和实时监控的特点， 还有自动报警、 自动控温、 显示时间等功能。 本文设计是以单片机AT89C51微处理器为核心， 运用了传感器技术、 模拟电子技术、 单片机硬软件及应 用等知识。其工作原理是： 通过传感器测量温度， 利用 放大电路将微弱的信号放大， 又经 A/D 转换， 再经 AT89C51采集、 处理后， 送到显示器显示， 并可用键盘 进行控制操作。 1温度传感器 设计采用DS18B20型单线智能温度传感器， 它集 温度测量、 A/D转换于一体， 具有单总线结构， 数字量 输出， 直接与微机接口等优点。采用的单路温度测量 装置， 经测试得知： 温度T在-10 70 间误差为 0.25 ， 80 T105 时误差为 0.5 ,当 T105 时， 误差增大到1 左右。 1.1DS18B20测温原理 图1DS18B20测温原理图 DS18B20测温原理见图1。图中低温度系数晶振 的振荡频率受温度影响很小， 用于产生固定频率的脉 冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其 振荡率明显改变， 所产生的信号作为计数器2的脉冲 输入。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进 行减法计数， 当计数器1的预置值减到0时， 温度寄存 器的值将加1 ， 计数器1的预置将重新被装入， 计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计 数， 如此循环直到计数器2计数到0时， 停止温度寄存 器值的累加， 此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 1.2DS18B20控制方法 硬件上， DS18B20与单片机的连接有两种方法， 一 种是Vcc接外部电源， GND接地， I/O与单片机的I/O线 相连； 另一种是用寄生电源供电， 此时UDD、 GND接 地， I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部 供电， I/O 口线要接 5 k左右的上拉电阻。CPU 对 DS18B20的访问流程是： 先对DS18B20初始化， 再进行 ROM操作命令， 最后才能对存储器操作， 数据操作。 DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信 协议。 2单片机 AT89C51单片机为40引脚芯片， 见图2， 引脚功能 如下： 40个引脚中有2个专用于电源的引脚， 2个外接 晶体的引脚， 4个控制或与其它电源复用的引脚， 以及 32条输入输出I/O引脚1。 1）主电源引脚Vcc和Vss。Vcc （40脚） ： 接+5V电 源正端。Vss （20脚） ： 接+5V电源地端。 2）外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2. XTAL1 （19 脚） ： 接外部石英晶体的一端。XTAL2 （18脚） ： 接外部 晶体的另一端。 3）控制信号或与其它电源复用引脚。（1）RST/ (9 脚)： RST即为RESET， 为备用电源， 所以该引脚为单片 机的上电复位或掉电保护端。（2）ALE/（30脚） ： 当访 问外部存储器时， ALE （允许地址锁存信号） 以每机器 周期两次的信号输出， 用于锁存出现在P0口的低8位 地址。在不访问外部存储器时， ALE端仍以上述不变 的频率 （振荡器频率的） ， 周期性的出现正脉冲信号。 （3） （29脚） ： 片外程序存储器读选通信号输出端， 低电 平有效。 （4） （31脚） ： 为访问外部程序存储器控制信 号， 低电平有效。 4）输入/输出 （ I/O ） 引脚P0口、 P1口、 P2口、 P3口2。 （1）P0口 （39脚32脚） ： P0.0P0.7统称为P0口。当 收稿日期： 2011-02-22 作者简介： 杜珺 （1982-） 女， 山西清徐人， 助讲， 在读硕士研究生， 研究方向： 电子信息。 基于单片机控制的温度监测系统 杜珺 （晋中职业技术学院， 山西晋中030600） 【摘要】 介绍了一种智能温度测控装置的设计。该装置可以实现温度0100 范围内的检测、 显示、 控制， 并且 温度能够精确到0.5 ， 还可进行温度上下限的设定。如果超过设定范围， 可自动报警， 并自动采取降温或加热措 施。采用4位数码管构成显示器进行数据显示， 并用8个按键构成小键盘进行操作控制。文章重点介绍了温度传感 器的工作原理、 单片机引脚功能、 系统设计电路、 报警电路。 【关键词】 能测控； 温度测量； 传感器； 单片机 【中图分类号】 TP368.1 【文献标识码】 A【文章编号】 1003-773X （2011） 02-0211-02 211 第2期 （总第120期）机 械 管 理 开 发2011年4月 不接外部存储器与不扩展I/O接口时， 它可作为准双 向8位输入/输出接口。当接有外部存储器或扩展I/O 接口时， P0口为地址数据分时复用口。（2）P1口 （1脚 8脚） ： P1.0P1.7统称为P1口， 可作为准双向I/O接 口使用。 （3）P2口 （21脚28脚） ： P2.0P2.7统称为 P2口， 一般可作为准双向I/O接口。当接有外部存储 器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时， P2口 用于高8位地址总线送出高8位地址。（4）P3口 （10脚 17脚） ： P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口， 可 以作为一般的准双向I/O接口， 也可以将每1位用于第 2功能， 而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1 功能的输入输出或第2功能。 图2AT89C51单片机 3基于AT89C51和DS18B20的温度测量装置 1）系统组成。由DS18B20构成的智能温度测量 装置， 由三部分组成： DS18B20温度传感器、 89C2051、 显 示 模 块 。 产 品 的 主 要 技 术 指 标 ： （1）测 量 范 围： -55-+125， （2）测量精度： 0.5， （3）反应时 间500 ms。 2）工作原理。基于DS18B20的温度测量装置见 图3。温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带 符号的数字信号。传感器可置于距离装置150 m以内 的任何地方， 输出脚I/O直接与单片机的P1.1相连，R1 为上拉电阻， 传感器采用外部电源供电。89C2051是 整个装置的控制核心， 内带1k字节的FlashROM， 存放 用户程序。显示器模块由四位一体的共阳数码管和4 个9012组成。系统程序可分传感器控制程序和显示 器程序两部分， 传感器控制程序是按照DS18B20的通 信协议编制。 图3基于DS18B20的温度测量装置 4报警电路的设计 1）设计要求。采用P1.0输出1 kHz和500 Hz的 音频信号驱动扬声器， 作报警信号， 要求1kHz信号响 100 ms， 500 Hz信号响200 ms， 交替进行； P1.7接一开 关进行控制， 当开关合上响报警信号， 当开关断开告警 信号停止。 2）电路原理图。见图4。“单片机系统” 区域中的 P1.0端口， 用导线连接到 “音频放大模块” 区域中的 SPK IN端口上； 在 “音频放大模块” 区域中的SPK OUT 端口上， 接上一个8 的或者是16 的喇叭； 把 “单片 机系统” 区域中的P1.7/RD端口， 用导线连接到 “四路 拨动开关” 区域中的K1端口上。 图4电路原理图 参考文献 1张迎新.单片微型计算机原理、 应用及接口技术M. 北京： 国防工业出版社， 2002. 2张毅刚， 彭喜源， 谭晓昀， 等.单片机应用设计M.哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社， 2000. On Temperature Detecting and Control Device Based on Single-chip icrocomputer Du Jun (Jinzhong Vocational and Technicl School, Jimzhong 030600, China) Abstract： The paper introduces a design of the detecting and control device of the temperature of a chamber.The device can achieve the tem perature range of 0 100 detection, display and control, and the temperature can be accurate to 0.5 , the temperature can also be used to set upper and lower limits. If it exceed the set range, automatic alarm, and automatically take cooling or heating measures. will be taken. The paper mainly use, 4-bit digital form with the data display, 8 keys to form the small keyboard operation control. This paper describes the working principle of the temperature sensor, MCU pin functions, system design, circuit, alarm circuit. Keywords: Intelligent control; Temperature control; Sensor; Single-chip microcomputer 212
