一种智能温度监测报警系统的设计

(四川信息职业技术学院，四川 广元 628017)

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，温度的监测与控制已在日常生活中普及，比如空调、冰箱、饮水机等都需要对温度进行监测与控制。以前人们对温度的控制是通过人工来实现的，但存在安全隐患而且效率不高。

工业、农业和生活生产过程中都需要实时测量温度，因此对温度进行智能监测具有非常重要的意义。目前，对温度的检测和控制逐渐向着数字化、精细化、智能化控制方向发展。为了实现人们对温度的实时监测，方便人们的生活、工业的生产以及科学事业的研究，设计一款实用性强、操作方便的智能温度监测报警系统是非常有必要的。

1 方案设计

采用STC89C52单片机作为其核心，该单片机价格便宜，功能比较强大，性价比高，且易于采购。通过DS18B20数字温度传感器来采集温度，送入单片机中，对数据进行处理并完成相应的动作，以达到自身控制，液晶显示采用1602LCD实时显示工作状态。此方案采用程序化的管理，能实现智能化的控制，以及数字的实时显示，当温度超过限位值时蜂鸣器发出报警声，满足了新发展方向的要求。

1.1 电源模块

由于本系统采用电池供电，且单片机的工作电压范围为4～5.5 V，所以考虑了如下供电系统方案。

采用3节1.5 V5号干电池串联，共4.5 V给单片机传感器供电，4.5 V在单片机传感器工作电压内。经过实验验证，能够满足系统的要求。系统运行稳定，电池更换方便。

1.2 显示模块

用LCD液晶进行显示。LCD由于其显示内容丰富、清晰，显示信息量大，使用方便，显示快速，所以得到了广泛的应用。对于此系统我们选用1602液晶能够很好地满足显示要求。

1.3 温度传感器

考虑使用数字温度传感器，并结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，可直接将温度转化成串行数字信号处理器处理。DS18B20是Dallas公司生产的线式数字温度传感器，具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号(按9位二进制数字)给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围-55 ℃～+125 ℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.062 5 ℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需要一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便地被用于远距离多点温度检测系统，如图1所示。

图1 温度计电路框图

1.4 主控制模块

要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统电路，如图2所示。

单片机最小系统由单片机、复位电路、时钟电路构成。

复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上电阻来提高输出高电平的值。

时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12 MHz，一个振荡周期为1/12 μs。

图2 单片机最小系统

1.5 供电系统模块

采用3节1.5 V 5号干电池串联供电，共4.5 V，如图3所示。

图3 供电系统

1.6 显示模块

显示模块采用1602液晶显示接口电路，如图4所示。

图4 1602液晶显示电路

1.7 软件设计

1.7.1 程序结构分析

单片机主程序调用了3个子程序，分别是LCD1602液晶显示程序、温度信号处理程序、按键设定报警温度程序。温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理、判断和显示。LCD1602液晶显示程序：向LCD1602液晶的显示送数，控制系统的显示部分。按键设定程序：可以设定低温和高温报警，并且温度可精确到0.1 ℃。在DS18B20工作之前需要进行初始化，流程图如图5所示。

1.7.2 读温度子程序流程

读温度子程序的主要功能是从DS18B20中读出温度数据，移入温度暂存器保存。其程序流程如图6所示。

图5 DS18B20初始化程序流程图 图6 读温度子程序流程图

2 结语

本设计研究了一种基于51单片机技术的智能温度监测报警。该报警通过以AT89C52单片机为工作处理器核心，外接LCD1602液晶显示器，它是一种专门显示字符的液晶显示器，能够显示字母、数字、符号等。该报警器的最大特点就是操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。

实现的功能：可设置温度上限高温报警和下限低温报警，报警温度可精确到0.1 ℃，并具有掉电保存功能，数据保存在单片机内部EEPOM中，如果进入设定界面没有操作将会自动退出界面。人性化的按键设置，按键还具有连加、减功能。LCD1602液晶显示的好处能够同时直观地看到实际温度和上、下限报警温度。本设计单片机呈现出的优势有：系统结构和操作简单，读数和使用方便，测温准确、环境适应能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度的实时控制，并且具有广泛的应用前景。