基于51单片机的温度采集系统设计

吴迎春 曾利霞

【摘  要】论文利用AT89C51单片机和DS18B20温度传感器设计了一款能够实现对环境温度进行实时采集并当环境温度超过设定值时进行自动报警的温度采集系统。论文使用Proteus对电路进行仿真，得到温度采集系统的仿真电路图，按照电路图焊接完成硬件电路，并对硬件电路进行调试。调试结果表明：该系统能实时显示环境温度，温度采集范围为-55～+120℃，温度测量精度可以达到0.1℃;可以根据用户需求设定温度上下限，当环境温度超出设定值时，系统能进行声光报警。该温度采集系统性能可靠、成本低廉、使用便捷。

【Abstract】This paper uses AT89C51 single chip microcomputer and DS18B20 temperature sensor to design a temperature acquisition system which can realize real-time acquisition of environmental temperature and alarm automatically when the environmental temperature exceeds the set value. The paper uses Proteus to simulate the circuit， obtains the simulation circuit diagram of the temperature acquisition system， welds and completes the hardware circuit according to the circuit diagram and debugs the hardware circuit. The debugging results show that： the system can display the environmental temperature in real-time， its temperature acquisition range is from -55℃ to +120℃， its temperature measurement accuracy can reach 0.1℃. The system can set the upper and lower limits of temperature according to the user's needs. When the environmental temperature exceeds the set value， the system can give sound and light alarm. The temperature acquisition system has reliable performance， low cost and convenient use.

【关键词】AT89C51单片机;温度传感器;温度采集

【Keywords】AT89C51 single chip microcomputer; temperature sensor; temperature acquisition

【中图分类号】TP274+.2                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）10-0186-03

1 引言

温度与人们的生产生活密切相关，传统的温度采集方法不但费时费力，而且精度差，可靠性也得不到保证，早已满足不了现在各行各业对温度测量的要求[1]。单片机和温度传感器的出现和运用使得人们对温度的采集和处理方式得到了极大的革新，选取和应用合适的单片机和温度传感器能够提高温度的测量精度和可靠性。本文基于AT89C51单片机设计的温度采集系统可实时采集环境温度，性能稳定可靠，成本低廉，使用便捷。

2 温度采集系统的硬件设计

本文设计的温度采集系统利用AT89C51单片机作为数据处理和控制单元，整个电路由温度采集系统模块、单片机控制模块、报警警告模块、温度显示模块和键盘输入模块组成。首先，温度传感器DS18B20[2]将采集到的温度通过控制总线输入单片机，完成对外界温度的采集;其次，51单片机对接收的温度数据进行分析处理，驱动数码管显示温度信息;最后，把当前环境温度值与使用外部输入键盘设置的上限和下限温度值进行比较，在环境温度超过设定值时触发警报装置进行报警。温度采集系统框图如图1所示。

3 温度采集系统的软件设计

温度采集电路开启运行后，系统将执行温度采集、对采集到的温度值进行处理、超限度警报、键盘输入上下限值和温度显示五项功能。利用DS18B20将环境温度转化为电信号，然后将采集的温度信号送入单片机处理，进而判断温度的正负值并将温度值和用户设置的温度上下限值进行比较，假如超出设定的温度范围，温度报警模块将会被触发，蜂鸣器和发光二极管开始工作。图2所示为系统软件总流程图。

4 电路仿真与硬件调试

4.1 电路仿真

利用Proteus绘制出电路原理图，点击原理图上的AT89C51单片机，选择写好的程序，为单片机加载程序。设定初始下限温度值为10℃，上限温度值為90℃，运行电路，可以实现温度显示及温度值超出设定值时的声光报警。仿真电路如图3所示。

4.2 硬件调试

按照仿真电路焊接完成了温度采集系统的硬件电路，实物图如图4所示。第一次上电后，发现电路的报警模块不能正常报警，通过对每一个电路模块进行测试发现故障是蜂鸣器虚焊所致。重焊后再次进行测试，系统能实现所有的预期功能。

一般情况下，LED显示屏上显示的是当前环境温度。当设定了温度上下限值后，改变环境温度，使其超过温度设定值，红灯亮起，同时发出报警声，如图5所示。

5 结论

当前，单片机技术已经渗透到人们生产生活的方方面面[3]。本文利用AT89C51单片机设计了一款能够对环境温度进行实时采集并当环境温度超过设定值时进行自动报警的温度采集系统，适用于家庭、畜牧养殖场和温室大棚[4]等众多场所。通过硬件电路设计和软件编程，该温度采集系统能够实现实时显示环境温度，温度采集范围为-55～+120℃，其温度测量精度可以达到0.1℃。用户可以根据使用需求自行设定温度上下限，当环境温度超出设定值时，系统能够进行声光报警。同时，该温度采集系统具有精度高、外接线路简单、应用广泛、成本低等优点。

【参考文献】

【1】方琨，张娟，蔡振江，等.基于DS18B20数字温度传感器的温室环境采集系统设计及应用[J].安徽农业科学，2010，38（23）：12792-12794.

【2】柳兆军.基于ARM的温室环境监控系统的温度采集设计[J].安徽农业科学，2009，37（24）：11723-11724.

【3】吕爱华.单片机技术在智能化电子产品中的应用分析[J].南方农机，2018，49（09）：167.

【4】蔡用霞，吕晓梁，卢佩.基于AT89C51的温室大棚温湿度测控系统设计[J].科技信息，2010（13）：79-80.