基于单片机的电阻炉温度报警电路设计

王瑾　袁战军

摘 要：温度报警电路是电阻炉温度控制系统的重要组成部分。针对电阻炉温度控制系统的实际报警要求，文章分析了几种常用的报警电路，提出了一种基于AT89S52单片机的温度音乐报警电路设计方案。详细介绍了音乐报警电路和越限报警控制程序的设计方法。实验测试表明，该报警电路可以有效地进行电阻炉温度的上、下限报警和工作状态指示，并具有结构简单、性价比高、音量可调、音乐优美等优点。

关键词：温度控制；报警电路；AT89S52单片机；越限报警

自动控制系统中，为了保证生产设备、生产环境和工作人员的安全，对于一些重要参数和系统关键部位，都要进行实时监控并设计紧急状态报警电路；当系统发生故障时，及时发出报警信号，指示故障准确位置，以便工作人员采取措施，保障系统安全。

在一个电阻炉温度控制系统中，需要对电阻炉温度进行在线检测，当电阻炉温度超过所设置的上、下限温度值时，系统可以控制报警电路进行相应的越限报警。因此，文章针对电阻炉温度控制系统的实际报警要求，进行了温度报警电路的设计。

1 越限报警原理

越限报警是自动控制系统中最常见的一种报警方式，分为上限报警、下限报警和上下限报警。报警参数可以是被测参数、被控参数、输入偏差及控制量等；设需要判断的报警参数为X，该参数的上限值为Xmax，下限值为Xmin，则有如下三种越限报警情况：

（1）上限报警。如果X>Xmax，则发出上限报警信号，否则继续执行原程序。

（2）下限报警。如果X

（3）上下限报警。如果X>Xmax，则发出上限报警信号；否则判断是否X

设计报警程序时，为了避免测量值在极限值附近来回摆动而造成频繁报警，因此在上、下限值附近设置了一个回差带，则越限报警范围如图1所示。

图1中，H、L分别为上限回差带宽和下限回差带宽。当测量值超过 A 点（越上限报警值）时，才算越上限，设置相应的标志位，输出越上限报警信号；而当测量值回复到 B 点（越上限复位值）以下时，进行越上限复限，撤销越上限标志和停止报警。同理，当测量值向下超过 C 点（越下限报警值）时，才算越下限，设置相应的标志位，输出越下限报警信号；而当测量值回复到 D 点（越下限复位值）以上时，进行越下限复限，撤销越下限标志和停止报警。

2 报警电路的选择

在单片机控制系统中，通常可以采用声、光、语言等信号进行报警，根据报警信号的不同报警电路可以分为以下三种类型：一是闪光报警，即通过闪烁的指示灯引起工作人员注意；通常采用单片机的一个I/O口线驱动LED，只要该I/O口线发出一定频率的高、低电平信号，即可使LED闪烁。二是语音报警，通过语音播放，可以给工作人员提供报警对象的具体信息，但是电路设计比较复杂，需要用到语音录放芯片。三是鸣音报警，即通过发出特定的鸣音，引起工作人员的警觉；鸣音报警的方法包括两种，一种是蜂鸣音报警，另一种是音乐报警。

由于蜂鸣音报警电路简单实用，可满足一般音响报警的需要，但是不足之处在于采用压电鸣音元件，音量较小，音调单一且不可调整；而音乐报警电路与单片机系统连接时，方便易行，并且报警声优美动听。综合考虑以上情况，本系统报警电路在设计时采用音乐报警电路。

3 音乐报警电路的设计

系统所设计的音乐报警电路如图2所示。该电路具有灯光指示和音乐报警两个功能，图中，AT89S52单片机P1.0引脚用于控制下限报警，P1.1引脚用于控制上限报警，P1.2引脚用于指示系统正常工作；同时，P1.0、P1.1、P1.2引脚分别连接了一个红色、黄色、绿色发光二极管，用于指示系统的当前工作状态。

系统的音乐报警电路包括两部分，一部分是“乐曲发生器”电路，由集成电子音乐芯片7920A组成；另一部分是“放大电路”，采用集成放大器M51182L，可以驱动扬声器发出乐曲报警声，音量可由10KΩ电位器调整。

电路工作原理如下：AT89S52单片机的P1.0、P1.1引脚相“或”后，与“乐曲发生器”7920A的输入端MT相连接；当“或”门输出高电平时，经电阻分压，“乐曲发生器”的输入端MT变为1.5V高电平，输出端Vout便可输出乐曲信号；经M51182L放大后驱动扬声器发出乐曲报警声。反之，当“或”门输出低电平时，“乐曲发生器”7920A因MT输入低电平而关闭，停止扬声器奏乐。AT89S52的P1.1、P1.0引脚的输出电平由接口电路的控制程序决定。报警控制程序包含两个子程序，一个是启动报警子程序，另一个是停止报警子程序；当单片机检测到电阻炉温度超过上限值或下限值时，就调用一次启动报警子程序时，产生报警乐曲声，直到调用一次停止报警子程序，乐曲才结束。

4 越限报警控制程序设计

系统越限报警控制程序流程如图3所示。其程序设计思想为：首先，电阻炉温度控制系统进行炉温采样，并将采样值进行A/D转换和数字滤波。其次，将处理过的炉温数字量与设定的炉温越上限报警值相比较，如果越上限，就给越上限标志位置1，并输出声光报警信号；否则，取设定的炉温越上限复位值。接着，将炉温数字量与炉温越上限复位值相比较，如果小于该值，就复位上限，并将越上限标志位清零，撤消声光报警信号；否则，返回主程序。同理，将炉温数字量分别与越下限报警值、越下限复位值相比较，来判断程序是否需要进行越下限报警或者复位下限。最后，当上述报警程序处理完毕后，返回主程序。

5 实验测试

在现场测试中，将所设计的温度报警电路应用于电阻炉温度控制系统中，并且设定温度的上、下限值分别为80℃、30℃，上限回差带宽H和下限回差带宽L均为10℃，当对电阻炉分别多次进行通电加热升温和断电自然降温操作时，测试炉温报警电路的工作情况。结果表明，当检测到炉温超过炉温越上限报警值85℃时，报警电路的黄色二极管L2发光，并发出音乐报警信号；当检测到炉温下降并低于炉温越上限复位值75℃时，绿色二极管L1发光，并停止音乐报警信号；当检测到炉温低于炉温越下限报警值25℃时，红色二极管L3发光，并发出音乐报警信号；当检测到炉温上升并超过炉温越下限复位值35℃时，绿色二极管L1发光，并停止音乐报警信号。

实验测试结果表明，所设计的报警电路具有结构简单、性价比高、音量可调、音乐优美等优点，可有效进行电阻炉温度的上、下限报警和工作状态指示。

6 结束语

温度报警电路是电阻炉温度控制系统的重要组成部分之一，文章以AT89S52单片机为微处理器，实现了电阻炉温度报警电路的设计。重点介绍了音乐报警电路和报警控制程序的设计方法。实际测试结果表明，所设计报警电路能较好地完成系统的声光报警要求，报警音量大小可调节，报警音乐优美。同时，该报警电路设计具有一定通用性，也可用于其它控制系统的报警电路设计中。

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作者简介：王瑾（1974-），女，陕西咸阳人，硕士，副教授。研究方向：计算机控制及电子信息。