多路数字温度报警器设计

江钰婷，于云霞，邹 雪，窦悉丝

（成都理工大学 信息与通信工程系，四川 成都 610059）

温度检测的应用必不可少。医学上，医生给病人测量体温要用到温度计；工业上，人们的供暖需要锅炉保持恒温；塑料橡胶行业、节能、汽车维护、电力供电系统、食品超市行业、空调工程、设备故障诊断、有色冶金行业、石油化工行业以及造纸印刷行业等都需要温度检测系统。根据设计要求和应用范围的区别，在严格控制成本预算的情况下，需要研制一种简易的测温报警系统，在一定温度范围内，设备能进行区域报警[1]。

1 设计方案

1.1 主控芯片的选择

可以用片内具有4K在线编程存储器的STC89C51为主控芯片，STC89C51是一款微处理器，具有功耗低和性能高的特点。STC89C51内置EEPROM存储，当我们需要掉电存储数据时，可直接利用片内存储。混合信号常用MSP430处理，强大的集成功能是它最大的优点。在同一块芯片上，430能集成不同类型的电路，包括微处理器在内，模拟电路和数字电路也能集成。但是，这款芯片就开发的难易程度而言，却比51系列相对大得多，并且价格昂贵，对于本次设计的指标不符合。当然，也可以选择PIC类单片机例如877A。采用PIC类芯片与温度传感器结合，PIC16F877A的引脚数量是40个，DQ引脚为数据端，与芯片连接[2]。

1.2 显示器件的选择

1602的应用广，且功能多。显示内容宽泛，数字自然不用说，字母和符号也是它的特长，甚至于自定义字符也可以在屏幕上展示出来。显示字符分为上下两行，由5×7点阵组成。在数据传输方式上，LCD1602的传输方式有两种，即串行和并行传输。无论用哪一种传输方式，相比较而言在控制方面难度低，容易实现功能，和HD44780相比，LCD1602的控制原理和它没有差别，但就本设计而言，完全能够实现显示多路温度数据与温度符号的作用。

1.3 温度传感器的选择

18B20采用单线连接，无论是测单路或是多路均只需一根总线，简化电路，省去了模数转换模块，使系统电路更简单，控制了设计成本。除了这些优点，在精度比较方面，数字式的传感器相较于热电偶更胜一筹。根据传感器内部的系列号，可以将多个传感器组建成一个网络在单根总线上进行传输数据[3]。

1.4 总体设计方案

由STC89C51和温度传感器DS18B20组成系统。测温系统包括传感器电路、显示电路、报警电路、按键电路（见图1）。用多个DS18B20组建成一个测量网络，数据通过单总线进行传输。能够设置报警温度的上下限，利用显示模块目测数据，限值设置用按键控制，使用前先进行预置，事先确定一个范围，上电后根据被测温度自动报警[4]。

图1 基于STC89C51的多路温度控制系统框架

2 硬件电路设计

2.1 DS18B20传感器

2.1.1 DS18B20传感器的特性

供电方式可选择数据线，电压范围是3～5 V，可测温度在-55～125 ℃。根据设计指标需要将精度控制在±0.5 ℃，也就是温度保持在-10～85 ℃。工作时间在750 ms内时，分辨率为12位。另外，18B20的特点也体现在硬件连接上，元件反接易烧坏，但18B20不会。

2.1.2 DS18B20的工作原理

18B20含有两种晶振，可分为低温和高温系数，低温度系数晶振给计数器1送固定频率的信号，高温度系数晶振为计数器2送脉冲信号。计数器1和寄存器需提前设置，对应-55 ℃温度值。产生脉冲信号时，计数器1进行的工作是减法操作，需将预置数变为0。这时寄存器自动加一，再重复置数，计数器1进行计数，直至计数器2为0，此时寄存器停止工作，所得数据就是测量温度值。斜率累加器用于修正计数器1的预置数[5]。测温原理框如图2所示。

图2 测温原理框

2.2 LCD1602液晶显示器

2.2.1 LCD1602的功能

1602是液晶型，同时它也属于点阵型，可同时显示字母与符号。字符之间和每行之间的间距为一个点距，并且在每一位当中都有，每行之间也有[6-7]。

2.2.2 LCD1602的字符范围

在计算机中，DDRAM是RAM中的一种，共80个字节，具有寄存字符代码的功能，帮助储存显示数据。字符想要在屏幕上进行显示，需要将字符代码送至RAM。1602的显存与DDRAM一样，都是80个，可是1602的屏幕只能显示32个且分为上下两行的字符，所以有一部分代码就无法显示[8]。

2.3 蜂鸣器

电磁式簧片型原理类似电铃，通过簧片振动产生声音，按具体情况选择交流或直流电[9]。

3 实物图

仿真成功后，根据仿真效果进行实际电路的设计，本设计采用Protel99se软件来进行实物模拟，检验仿真与程序的协同效果。在原理图布线完成并确定无误后，首先按照原理图布置各个元器件，然后将元器件的相关引脚进行连接，根据编辑规则对仿真进行规范检查，对照具体错误处对原理图进行修改，最终以达到设计要求，之后转为PCB图[10]。

最后，将PCB图打印到纸上，再转印至覆铜板上，经过腐蚀之后，便只剩下本设计所绘制的电路，最后根据PCB图，将元器件焊接在电路板上，然后进行调试，实物情况如图3所示。

图3 实物图

4 结语

对于这次设计来说既是一次机遇，又是一次挑战。在这次的设计过程中，笔者学到了很多东西，通过自己的实践，增强了动手能力。通过实际工程的设计，了解到书本知识和实际应用的差别。在实际应用中遇到很多的问题，这都需要对问题进行具体的分析，并一步一步地去解决它。

[1]苏铁力.传感器及其接口技术[M].北京：中国石化出版社，1998.

[2]中国电子学会.传感器与执行器大全[M].北京：电子工业出版社，1998.

[3]白雪冰，张延林.单片机原理及应用[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，2006.

[4]谢运祥，欧阳森.电力电子单片机控制技术[M].北京：机械工业出版，2007.

[5]王洪业.传感器技术[M].长沙：湖南科学技术出版社，1995.

[5]李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[6]王法能.单片机原理及应用[M].北京：科学出版社，2004.

[7]楼然苗，李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[8]胡汗才.单片机原理与接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[9]王萍.电子技术实验教程[M].北京：机械工业出版社，2009.

[10]朱定华，戴淑萍.单片机微机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2003.