基于单片机的温度实时监测系统

吴涵 张睿 赵光秀

摘要：为了实现对办公室环境温度的实时监测，设计一种基于单片机的温度实时监测系统。以AT89C51为控制器，利用单总线技术的数字温度传感器DS18B20对温度数据进行采集，LED数码管实时显示温度信息，同时能够进行温度的报警的功能。

关键词：AT89C51；DS18B20；调温；显示；报警

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）21-0236-02

Abstract： In order to achieve real-time monitoring of office environment temperature， a real-time temperature monitoring system based on single chip microcomputer is designed. Using the AT89C51 as the controller， the digital temperature sensor DS18B20 using the single-bus technology collects temperature data， and the LED digital tube displays the temperature information in real time and can also perform the temperature alarm function.

Key words：AT89C51； DS18B20；attemperation； display； alarm

日常生活中，温度监测是环境极为重要的指标之一。近年来，数字技术的不断发展，加上数字采集技术，温度系统的功能变得更加的成熟。该设计采用数字型温度传感器采集温度，单片机进行控制，实现智能化判断当前温度情况，以提示当前环境的变化。

1系统组成

本系统主要由DS18B20温度传感器、单片机、按键模块、显示模块和报警模块组成，实现了温度的实时监测。系统框图如图1所示，温度传感器DS18B20采集温度数据送至AT89C51单片机，AT89C51单片机完成对数据的接收和处理，并将处理后的数据通过显示电路显示，按键电路设置报警温度范围，当不在正常温度范围时进行光报警提示，可完成对温度的实时监控。

2硬件组成及原理

2.1单片机最小系统

本设计中选用AT89C51单片机为核心控制元件，它能很好地与传感器电路连接，利用单片机功能的强大性，以及控制的准确性，实现温度的智能监测，并且易于集成，成本还比较低廉。其最小系统主要由复位电路、振荡电路组成。

单片机复位，是使CPU和系统中的其他功能部件都处于在一个初始的状态，并从这个状态开始工作。无论是在单片机刚开始接入电源，还是断电后或者发生故障后都要进行复位。复位电路，采用的按键复位电路。当复位引脚RST加上大于两个机器周期的高电平，复位有效。本设计单片机片内有一个构成时钟振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡电路。电容一般在15pF至50pF之间[2]，起稳定振荡频率、快速起振的作用。

2.2 温度采集电路

温度采集电路，采用DS18B20数字温度传感器进行采集温度。DS18B20是DALLAS公司生产的数字温度传感器，具有3个引脚；温度测量范围为-55℃～+125℃，测量精度为0.5℃；CPU只需用一根线就可以与DS18B20通信，由于漏极开路，需要外接一个4.7K的上拉电阻。

2.3按键电路

按键电路的设计主要功能是可以对温度的上下限可以随意的设置，当按下设置一次，表示开始设置上限值，有加有减，再次按下设置键，表示开始设置下限的值，同上限值一样设置。

2.4显示电路

本设计采用芯片74LS373驱动四位一体共阳极LED数码管。74LS373为三态输出的八D锁存器，D0～D7数据输入端，OE三态允许控制端（低电平有效），Q0～Q7 输出端，当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变[3]。

本设计选择两位一体的数码管，软件设计方法采用动态显示原理。所有数码管有8个段选线"a，b，c，d，e，f，g，dp"，每个数码管的公共极为COM，即位选线，由不同的I/O线控制。一个显示状态只能有一个数码管工作，当段选线收到字形码时，数码管即可以显示相應的字形。为了显示出当前温度，需要在两个数码管同时显示字形，只要轮流选通相应的数码管的位选，送入断码，虽然在轮流显示过程中，控制好每位数码管的点亮时间，一般设置为1～2ms。实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，利用人的视觉暂留现象及发光二极管的余晖效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，能够节省大量的I/O端口 [4]。

2.5报警电路

LED报警电路设计，选用一个红色和一个黄色LED灯，将其与AT89C51芯片的控制I/O口相连接。

3仿真结果分析

系统启动后，通过按键设置上下限温度10～25℃。当前温度为30℃，超过上限值，红灯常亮，黄灯灭，如图3所示，以警示人当前的温度。

当前温度为9℃，超过下限值，黄灯常亮，红灯灭，以警示人当前的温度。

当前温度为20℃，在正常温度范围内时，绿灯常亮，红灯灭，如图4所示。

4 结论

基于单片机的温度实时监测系统，可实现对温度的实时监测和预警功能，操作简单、测温范围广，使用方便，而且成本低，维护方便，能够根据需要添加采集通道数，可扩展性强，对数字化、智能化控制具有重要意义。

参考文献：

[1] 沙占友，李学芝著.中外数字万用表电路原理与维修技术[M].北京：人民邮电出版社，1993.

[2] 张学昭，王东云主编.单片机原理接口技术及应用（含C51）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[3] 张毅刚，刘杰主编.单片机原理与应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.

[4] 彭伟编.单片机C语言程序设计实训100例--基于8051+Proteus仿真[M].北京：电子工业出版社，2010.

【通联编辑：王力】