基于DS18B20和ISD1420的温度监控报警系统

林如丹，林知秋

（1. 赣南医学院 信息工程学院，赣州 341000；2. 江西应用技术职业学院 机械与电子工程系，赣州 341000）

基于DS18B20和ISD1420的温度监控报警系统

林如丹1，林知秋2

（1. 赣南医学院 信息工程学院，赣州 341000；2. 江西应用技术职业学院 机械与电子工程系，赣州 341000）

1 系统方案选择和论证

1.1 主控模块

方案一：采用FPGA作为系统的控制器。

FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，它把所有的器件都集中在一块芯片上，体积小，稳定性高。同时FPGA可用EDA软件仿真调式,易于进行功能扩展。但是由于本系统对数据处理的速度要求并不是很高，而FPGA的管脚也比较多，布线起来会比较复杂，成本也会偏高。

方案二：采用ATMEL公司生产的AT89S51单片机作为系统的控制器。

51系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

1.2 显示模块

方案一：采用LCD显示。

LCD具有轻薄短小、低耗电量，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辩率高，抗干扰能力强等特点。

方案二：采用LED数码管作为显示。

数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，但由于在这个电路中需要显示时间和温度，需要用的数码管太多，不方便电路的制作。

1.3 温度采集模块

方案一：采用热敏电阻作为温度采集模块需经A/D转换电路，将模拟信号转换为数字信号，而且精确度也不够高，一般只用于温度比较电路或运放电路中，所以此电路不考虑这种温度采集方式。

方案二：采用DS18B20数字温度计作为温度采集模块，其精度可达到0.0625摄氏度。它具有线路简单，体积小, 一线总线的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

1.4 远程控制模块

方案一：通过GSM（全球移动通讯系统）向监控室定时发送短信息告知监控点的温度或通过实时显示，让监控室值班人员及时了解监控情况。但成本较高，结构复杂，不利用电路的调试。

方案二：利用射频模块即使告知监控人员监控情况，此模块比较简单，易与调试，如果加上天线，可在几百米外监控，所以本电路问慢推荐使用这个模块。

2 系统方案的设计

结合系统自身要求和实际应用中的利益问题,我们最终选择了以下方案作为此次作品设计的最终方案：

1）主控模块：采用AT89S51单片机作为系统的控制器；

2）显示模块：采用普通的LCD作为系统的显示器件；

3）远程控制模块：采用射频模块；

4）温度模块：采用DS18B20温度传感器。

根据设计要求，系统可分为主控模块，显示模块，语音播报模块，温度采集模块，远程控制模块。系统框图如图1所示。

图1 系统方框图

3 系统的硬件设计

本系统采用AT89S51单片机作为控制核心，可以手动设置温度的上、下限值和实时语音播报，也可以远程遥控设置温度上、下限值和实时远程播报，如只要有一样与设定的值不符合时，即温度过高或过低，则该系统会发出语音报警，起到防患功能。此电路还添加了时钟，可通过手动设置和遥控设置。

3.1 主控单元电路的设计

本系统设计应用AT89S51单片机作为系统的控制核心。采用单片机的P0口控制LCD显示温度值。键盘控制采用P2口，其中P2.4是对当前功能的设置，P2.3是数字加功能键，P2.2是数字减功能键，这两个口分别对温度的上/下限值进行设置。P2.1是语音播报和选项确定键。P2.0是DS18B20温度传感器的接线口，P1口是ISD1420语音芯片的接线口。

3.2 显示模块的设计

系统采用LCD来做显示部分，其优点是显示的内容更多，接线更方便，通过单片机的P0口可控制LCD的显示。如检测到温度发生变化时，LCD会随着发生相应的变化起到实时显示的作用。

3.3 语音播报电路的设计

语音播报模块采用语音芯片ISD1420构成，该芯片能够高质量地完成声音录制与还原，最大录音时间为20秒，具备分段录音功能，其工作电压在4.5V—5.5V范围，使用直接电平/边缘存储技术，省去了A/D、D/A转换。其内部集成了大容量的EERPOM，不再需要扩展存储器，便于与单片机连接。

该电路的S0键为录音键，S1、S2键为播放键，当S1按下产生一个低电平后松开，需等录音放完之后才能停止放音，而S2需一直按着才能触发播报电路进行放音。A0-A7为地址选择端，将ISP1420的A0-A7直接与单片机的P1口相连，就可以实现录音地址选择功能。

3.4 温度采集电路的设计

采用DS18B20温度传感器进行采集温度值，其精度可达到0.0625摄氏度。在进行单片机操作处理时，首先对DS18B20进行复位操作，将数据线拉低并保持480-960μS再释放，然后由上拉电阻拉高15-60μS，最后再由DS18B20发出响应低电平60-240μS即完成复位操作。此电路中，我们用DS18B20可实现温度负值的读取，其温度范围为-3 0℃～120℃。

3.5 射频模块电路的设计

在这个设计电路中，我们采用PT2262/PT2272来实现信号的传输功能。在测温点，我们用一个射频发射模块，向外界发射电路的各种状态信号，同时有一个射频接收模块可随时被检测人员的遥控器遥控，从而实现监控人员的远程遥控功能。

4 系统的软件设计

软件设计的关键是单片机对接受信号的处理，外部按键的设定，驱动数显、语言播报的控制和射频模块的无线发送，软件实现的功能是：

1）设定温度的范围；

2）处理接受的信号；

3）显示实际温度值并用语音播报当前显示的温度值；

4）能通过射频模块实现报警。

通过按键对报警温度的设定，并可通过另外的按键对实际值和设定温度值的切换显示。由LCD显示数值。编写单片机的程序对接受信号的经行处理，转化成十进制数输出显示温度的实际值。语音播报先给ISD1420的地址录上需要的发音，再由单片编程调用地址发音。射频发射由单片机程序控制，当处于不同温度范围时控制RS2262发射，由RS2272接受显出不同的状态，主程序如下：

5 系统测试与总结

5.1 温度测试

打开电源，设定不同的温度范围，将温度传感器DS18B20放入一些放有冰块的容器当中，待冰融化后用热得快加热，知道加热温度报警停止加热，记录这一个过程中实际温度的变化和测试显示温度的值。测试结果如表1所示。

表1 测试结果

5.2 测试结果分析与结论

测试结果表明，在软硬件的结合下温度控制报警系统能达到较高的性能指标。由于采用了高精度的温度传感器DS18B20，能自动的将温度信号转化成准确二进制的数字信号以便单片识别。并使用了人性化的功能，能用语音读出当前的测量温度值，能在100米外接受报警信号。可在0℃-90℃之间设定，能非常方便的人工设定温度值，自动报警和自动加热功能，能将温度维持在设定的范围之内，测量值与实际值非常接近，达到了设计要求。

[1]骆德汉.1种基于AD590的温度数据采集系统[J].航空计测技术,1995,02.

[2]梁波,梁清华.温度变换器AD590的研究与应用[J].辽宁工学院学报,1995,04.

[3]曹卫芳.基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究[D].山东科技大学.2005.

[4]徐亚飞.远程监测与控制单元的研究[D].武汉理工大学,2005.

[5]柳延领,王金红.基于ISD1420语音播报器的研究与实现[J].黑龙江科技信息,2008,18.

The temperature control alarm systems based on DS18b20 and ISD1420

LIN Ru-dan1, LIN Zhi-qiu2

本设计以AT89S51单片机为核心，采用DS18B20温度传感器来检测温度，通过LCD实时显示当前温度，并可通过射频模块遥控检测点。系统采用ISD1420语音播报技术。系统在检测到温度上下限值时通过语音播报来报警，同时电路将通过射频收发模块告知远处的监控室，监控人员可通过射频遥控对其实施远程控制。

DS18B20；ISD1420；单片机；温度监控；报警

林如丹（1983 -），女，福建福州人，讲师，硕士，研究方向为电子信息工程技术。

TP277

A

1009-0134(2011)5(上)-0074-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).26

2010-12-26