温控报警及显示系统的设计:温控报警

　　摘 要：基于AT89S52单片机与DS18B20温度传感器设计了一种温控上下限可调的温度报警及显示系统。该设计具有硬件电路相对简单，价格低廉、可靠性高、实时性好等特点。突出特点在于：具有温控的上、下限，而且温控值可键控调整，使得该设计的应用范围非常广泛，通用性极高。
　　关键词：AT89S52单片机；DS18B20；温度报警器；温控可调
　　1.引言
　　我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。在大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，及在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位采用的实用的火灾自动探测报警装置，都离不开温度报警显示,因此研制一种结构简单、价格低廉的温度报警器是非常必要的,其发展前景广阔.本设计采用DS18B20温度传感器，其测温范围为-55～+125℃，并可设置温度报警的上、下值，当温度高于上限或低于下限时，系统自动报警。报警值具有可调性且温度测量范围较广，因此具有较高的应用前景。
　　2、系统组成框图
　　本系设计是基于AT89S52单片机的温度报警显示系统，系统组成框图如图1所示。用单片机AT89S52控制温度传感器DS18B20，读取数据。对DS18B20转换后的数据进行处理，将符号位、整数值和小数值分别存放在特定的存储单元中，转换成实际温度值通过液晶屏实时显示。通过键盘输入模块预先设定温度的上下限值，当温度超出报警值时，实时声光报警。
　　图1.系统组成框图
　　3.设计原理
　　（1）控制模块设计
　　本设计控制模块使用的单片机是最新型号的AT89S52单片机[1]。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。
　　（2）温度传感模块设计
　　本设计采用Dallas 最新单线数字温度传感器DS18B20[2]作温度检测器。DS18B20能够直接将所采集得信号进行模／数转换。这样应用系统的硬件电路中就不需要增加类似于ADC0809之类的模／数转换器，可直接送单片机处理，节约成本。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。测温范围-55～+125℃，以0.5℃递增，可以分别在93.75ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根数据线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高，其封装如图2所示。
　　图2 DS18B20芯片封装图
　　(3) 液晶显示模块设计
　　对于本系统而言，温度值的显示是一个重要的环节。设计中需显示的信息较多，为使显示内容更加丰富，采用LCD液晶显示。JM1602A[3]液晶显示器，它是一种字符点阵液晶显示器，主要由行驱动/列驱动组成，可完成字符点阵显示。JM1602A的实物图如图3所示: 带字库的JM1602可以显示汉字字符且编程简单,构成良好的人机交流界面，增强系统可操作性。另外考虑到本设计要显示字母，采用带字库的液晶显示“DS18B20 OK!”、“TEMP”等信息，直观效果非常好，功能比较强，操作也相对简单。
　　图3 LCD1602实物图
　　液晶模块与控制模块的通讯设计电路如图4所示：液晶显示使用并口方式，其中RD0-RD7为单片机的并行数据口， RA1为并行的指令/数据选择信号，RA2为并行的读写选择信号，RA3为并行的使能信号。
　　图4 LCD1602模块与控制模块通讯电路图
　　（4）报警模块设计
　　由于DS18B20具备自动的上、下限，当温度超出或低于报警值时，系统发出信号到报警系统，触发报警电路。报警考虑不同环境的影响采用声／光同时报警。蜂鸣器发出报警峰鸣，发光二极管闪烁。当单片机RC4端口为高电平时，三极管导通蜂鸣器发声报警。这个实验是喇叭里发出滴的按键声音声音,送出的端口是RC4（即单片机的p3.7口），输出1khz频率信号报警,每一秒交换一次。硬件中增加了发光二极管,和蜂鸣器一起接RC4端口，采用高电平触发，结构更简单，实现了声光报警，电路图如图5所示。
　　图5 声光报警电路图
　　（5）键盘输入方案
　　单片机的键盘结构可以采用独立式和矩阵式键盘两种[4]。独立式按键指直接用I/O口线构成单个按键电路，每个独立式按键单独占用一位I/O口线。电路配置灵活，软件结构简单。但在按键数量较多时，I/O口线浪费大。如果应用系统中的键较少，就可采用简单的键盘接口电路。 由于本设计要设置四个按键，按键较少，故采用独立式按键。由单片机的p1.1-p1.4的四个端口分别检测四个按键，通过键扫描程序实时的监测按键是否操作。四个按键的功能如表1所示：
　　
　　5、系统软件设计
　　根据本设计温度报警显示的要求，系统首先对单片机的系统进行初始化和常量的设置[5]，然后调用温度传感器的初始化子程序初始化芯片，芯片随即开始工作，系统读取转换的温度值通过液晶屏实时显示，键扫描初始设置的温度上下限，比较实时的温度是否超过限制值，一旦超过马上通过声光报警。软件设计流程图如图6所示。
　　图6 系统软件流程图
　　6、结语
　　通过实际测试，本系统可以监控环境温度，实时性较好并可以人为的设制温度上下限，而新型温度器芯片的实用，又使得设计成本下降，因此具有较为广泛的应用前景。
　　参考文献
　　[1]周兴华，手把手教你学单片机，北京航空航天大学出版社，67-79， 2007