一种温度测量系统的设计

摘要：本文所研究的温度测量系统包括：单片机，温度传感器，电源电路、液晶显示电路，温度采集电路，报警电路等组成，利用温度传感器将温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化最后再传给单片机，单片机把数据显示成温度变化，如超过规定温度范围则启动报警系统。该系统具有一定测温范围，且实用性强、可靠性高、测量精度高等特点。

关键词：温度传感器；单片机；报警

1 引言

在工、农业生产和日常生活中，温度是一个很重要的物理量，它无时无刻不和我们相关。因此它的测量与控制显得很重要。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。现阶段，随着传感技术与通讯技术的发展，单片机等的出现，更加推动啦它的发展。单片机有体积小、功能强、可靠性高等优点，因此采用单片机对温度来进行控制，能够大幅度提高被控温度的技术指标，且产品的质量和数量也能进一步提高。本文正是基于此目的，提出一种温度测量系统的设计方案。

2 系统总体设计思想

2.1 系统总体设计结构框图

本系统总体结构如下图所示，它是以单片机和传感器为核心的测量系统。

图1报警系统结构框图

2.2 系统模块的工作原理介绍

温度采集模块的主要功能是通过温度传感器感应温室温度并转化成模拟信号，通过转化模块将模拟信号转化成数字信号，并存取温度数据。温度显示模块的主要功能是在控制模块的控制下将控制模块写入的数据显示在晶屏上，便于读取温度数值。

利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，被测温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与之前设置的温度报警范围进行对比，如超过规定温度范围就蜂鸣报警，并在LCD1602中显示出来。

3 系统硬件部分介绍

3.1 电源电路设计

电源电路其主要作用是为单片机提供工作电源。因为单片机工作电源为+5V，且电路功耗很小。LM7805系列为3端稳压器件，能提供5V的输出电压。应用范围广，内含过流和过载保护电路等。电路图如下图所示

图2电源电路

3.2 温度采集电路设计

DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线来完成。根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。本系统为多路温度采集电路设计系统设计，在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。

3.3 报警电路设计

为了实现多点温度检测报警系统，报警设计采用AT89C51单片机作为主控制器，采用扫描的方式对多点DS18B20温度传感器获取对应该位置的温度值，经处理后通过串口可以立即发送到上位机，如温度不在设定的内，给出声光报警信号。

3.4 液晶显示电路设计

显示设计采用的是液晶LCD1602来显示温度、报警方位等。在液晶显示同一画面上显示三个方位实时温度的信息及温度超过报警信息。反复实验证明温度、可靠。

4 系统软件设计

4.1 主程序设计流程图

本系统软件设计主要包括主程序，显示子程序、按键扫描子程序、设置温度子程序等组成。主程序流程图如下图所示。首先初始化LCD1602，然后检测18B20是否工作正常，随后进行键盘扫描。扫描后从中读取之前设置温度的范围，并从DS18B20中读取当前的温度进行计算，如果达到报警要求，报警电路进行蜂鸣报警。

图3主程序流程图

4.2 软件设计的主程序说明

5 系统总体设计电路图及其说明

应设计要求，本设计通过AT89C51单片机实现，AT89C51单片机的主控电路包括：复位电路、时钟电路。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。为保证系统可靠复位，在初始化程序中应用到一定的复位延迟时间。复位电路软件程序跑飞或者硬件发生错误的时候产生一个复位信号，控制MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序，重新执行软件程序。

时钟在单片机中非常重要，直接影响单片机的速度，也直接影响单片机系统的稳定性单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。MCS-51单片机常选择振荡频率12MHz的石英晶体。外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，常用于多片MCS-51单片机同时工作，以便于同步。在这次设计中只用一个MCS-51单片机，所以采用MCS-51的内部时钟方式。

综上所述，总电路图如图4和图5所示：

图4复位电路

图5复位电路