基于单片机的温度测量仪的设计与论述

邵阳学院信息工程系 邓楠川 江世明 阳 泳

1 引言

温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，人民的生活与环境温度息息相关，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，在电力、化工、石油、冶金、机械制造、大型仓储室、实验室、农场塑料大棚甚至人们的居室里经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对环境温度进行控制。

2 方案设计

系统以AT89S52单片机为核心，由温度测量模块、电压转换模块、LCD显示模块、声光报警电路、系统参数设置电路等部分构成，图1所示为系统组成框图：

图1 系统方案框图

该方案中的电源转换模块是采用9V电池作为输入电源，再通过LM7805电压转换芯片将电压转换成系统所需电压为供于AT89S52和DS18B20的DC5V电源；温度检测模块采用性能稳定、灵敏度高，抗干扰能力强的DS18B20温度传感芯片进行温度检测，该芯片采用一种片上温度测量技术来测量温度，通过串口直接将检测到的温度与单片机进行数据传输；当检测到的温度被送到单片机中进行分析，当检测到的温度高于设置的最大温度时，绿灯亮并由蜂鸣器报警，当检测到温度低于设置的最小温度时，红灯亮蜂鸣器报警。温度设置的最大和最小值都由LCD1602直观显示；系统参数设置模块可根据实际情况调整最大和最小温度。

3 电路设计

基于51单片机的温度测量仪以AT89S52为核心器件，以KEIL为系统软件开发平台，用PROTEUS仿真，并在Al t ium Designer平台进行了PCB板设计。系统主要由单片机最小系统、温度检测模块、电压转换电路、液晶显示电路、系统参数设置、声光报警模块电路组成，系统原理图如图2所示。

4 程序设计

本系统采用了C语言进行程序设计，系统自动为各个变量分配内存区域。用户可以将变量定义在DATA区、IDATA区、PDATA区、XDATA区，常量定义在CODE区。用C语言写较复杂的程序时，要特别注意使用的内存不能超过单片机RAM。下面将程序设计的主程序设计、显示模块设计、温度测量模块设计、中断模块、按键模块、声光报警模块进行说明。主程序先对系统资源进行初始化，初始化工作包括定时器赋初值，定时器中断使能，LCD1602初始化。然后进入无限循环调用温度测量程序，调用LCD显示子程序，显示用户设置的最低温度和最高温度值及当前所测环境的温度，再由单片机判断所测温度是否超过最高温度或者低于最低温度值，如果是，蜂鸣器便开始报警，同时相应报警灯亮。最后进行键盘扫描，不断检测是否有按键被按下，如果有，单片机则对最高或最低温度值进行相应调整。主程序流程图设计如图3所示。

图2 系统原理图

图3 主程序流程图

5 产品调试过程

实物焊接完成后需要进行一系列的测试，单片机应用系统的硬件和软件调试是交叉进行的，但通常是先排除样机中明显的硬件故障，尤其是电源故障，才能安全地和仿真器相连，进行综合调试。

硬件调试：在综合调试之前需要保证硬件没有大错误，比如短路、大部分电路开路等情况。主要是检查元件焊接是否良好，插上电源后电源指示灯是否会亮，测试各个元器件关键点的电压是否正常等。

6 总结

本次设计的基于51单片机的温度测量仪的设计是一种较好的温度检测系统，它基本可以实现各种环境的温度测量和显示，采集测温范围为-55～+120℃，广泛应用于生活起居、农业生产、工业发展等场合。系统采用DS18B20测量技术、SPI总线技术，从而实现对各种环境下的温度控制和测量。

[1]魏英智.基于DS18B20的定时温控系统的研究与实现[J].哈尔滨工业大学,2005:69.

[2]周继明,江世明主编.传感技术与应用[M].湖南:中南大学出版社,2009:13-67.