自制單片機(jī)溫度報警器設(shè)計與制作

摘要:  本項目介紹了一種基于單片機(jī)的溫度報警系統(tǒng)，本設(shè)計由ATS89C52單片機(jī)擔(dān)當(dāng)主控芯片， DS18B20傳感器為協(xié)調(diào)控制外圍溫度采集電路，并且輔以數(shù)碼管顯示溫度和按鍵控制溫度范圍，主要完成的功能是對溫度的實時采集以及顯示，并且對溫度設(shè)定一個范圍值當(dāng)溫度不在這個范圍值之內(nèi)則利用蜂鳴器與LED小燈進(jìn)行報警，其優(yōu)點(diǎn)在于線路簡單，測量精度高，誤差小，抗干擾性強(qiáng)，體積小，實用性強(qiáng)等。

隨著科技的進(jìn)步以及微電子器件的飛速發(fā)展，以單片機(jī)為設(shè)計核心的一系列電子產(chǎn)品，在人們?nèi)粘Ｉ�活中也變得越來越常見。其中，溫度報警器就是其中之一。本次設(shè)計主要以單片機(jī)為核心，系統(tǒng)接入電源后，按鍵輸入想要設(shè)定的上下限，再根據(jù)溫度檢測器將所測溫度傳入系統(tǒng)中，隨后進(jìn)行顯示，通過比較分析后，得到的數(shù)據(jù)如果不在范圍內(nèi)，即刻進(jìn)行報警提示，報警主要包括蜂鳴器報警。其中的主控板是ATS89C52單片機(jī),傳感器是DS18B20溫度傳感器,顯示器采用數(shù)碼管，電聲元件采用蜂鳴器。

單片機(jī)控制無疑所給人帶來了方便，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本次項目將完成一種基于單片機(jī)控制的溫度報警器設(shè)計與制作，本溫度報警器，可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時進(jìn)行報警。

通過采用基于單片機(jī)控制、蜂鳴器作為電聲元件的溫度報警器，這種溫度報警器有結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強(qiáng)，可見測量溫度的范圍廣，精度高，讀數(shù)方便，測溫準(zhǔn)確的特點(diǎn)。工作時，溫度測量范圍為溫度測量范圍0到99.9攝氏度，精度為0.1攝氏度�？稍O(shè)置上下限報警溫度。當(dāng)當(dāng)前環(huán)境溫度若超過設(shè)定的高溫臨界溫度，由單片機(jī)發(fā)出報警信號。

本項目應(yīng)用場景廣，例如及時監(jiān)測由電氣線路短路、過載、接觸電阻過大等引發(fā)高溫；機(jī)房內(nèi)電腦、空調(diào)等用電設(shè)備長時間工作，導(dǎo)致設(shè)備老化，發(fā)生故障，發(fā)熱過快，在短時間內(nèi)溫度升高超出設(shè)備正常溫度，引發(fā)的高溫。從而防止火災(zāi)的發(fā)生，以防帶來的不必要的損失。

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2022-5-12 21:05 上傳

圖1系統(tǒng)總原理框圖

萬用表

電焊臺

單片機(jī)

2.2 材料

制作材料有：

3.1主控模塊

此設(shè)計制作基于51單片機(jī)，因此單片機(jī)的選擇至關(guān)重要，ATS89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本，因此選用ATS89C52。

3.2測溫模塊

由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化 的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。

進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，因此采用溫度傳感器DS18B20，此傳感器是常用的數(shù)字溫度傳感器，其輸出的是數(shù)字信號，具有體積小，抗干擾能力強(qiáng)，精度高,接線方便可以很容易直接讀取被測溫度值的特點(diǎn)。因此選擇 DS18B20以滿足設(shè)計制作要求。

DS18B20溫度檢測采用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與單片機(jī)的一個I/0口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。該溫度傳感器轉(zhuǎn)換的過程是:在每一次使用時，都要進(jìn)行重置，在這之后,需要向DS18B20發(fā)送兩個指令，分別是ROM指令和RAM指令。得到相應(yīng)的數(shù)值，主控部分再將數(shù)據(jù)線下拉500μs,再釋放數(shù)據(jù)線，最后重置結(jié)束。其條件是當(dāng)傳感器接收到信號后等待16μs-60us左右，發(fā)出60us-240us的存在低電平脈沖。DS18B20溫度傳感器，其三個引腳分別為GND(接地)、VCC(可選用的VCC引腳)、DQ(數(shù)據(jù)輸入/輸出)，傳感器的DQ接口與單片機(jī)P3.7口相連接。如原理圖設(shè)計：

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圖3 DS18B20電路

3.3顯示模塊

圖4 數(shù)碼管顯示

采用四位一體共陽數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管由7段條形發(fā)光二極管和一個圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，控制ABCDEFG發(fā)光二極管的亮滅，可以顯示0-9字符，控制DP發(fā)光二極管的亮滅能控制是否顯示小數(shù)點(diǎn)，其工作電壓一般為5V。價格低廉，簡單可靠。

3.4報警模塊

目前市場上有各種各樣的報警電路，比如聲光觸發(fā)，紅外觸發(fā)，觸摸斷線觸發(fā)等等，以便提醒使用者當(dāng)前系統(tǒng)所出現(xiàn)的錯誤或引起操作者的注意，本次設(shè)計的是溫度報警器，只需要在測量的溫度超出范圍時提醒即可，因此不需要復(fù)雜的功能，只需要一個蜂鳴器一個LED小燈即可。當(dāng)溫度超過溫度上下限后就會報警與亮燈。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲。   

圖5 報警模塊

3.5相關(guān)電路設(shè)計

本設(shè)計采用的是常見的12M 的石英晶振，引腳 XTAL1 和 XTAL2 是此放大器的輸人端和輸出端，外接石英晶體或陶瓷諧振器以及電容C1和C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路 ，接在放大器的反饋回路中。為了振蕩器的穩(wěn)定性、起振圈內(nèi)部振蕩的接法的快速性和溫度穩(wěn)定性。C1和C2 取30pF。另外一個不可或缺的重要電路就是復(fù)位電路，本設(shè)計中選取的復(fù)位模式是上電復(fù)位加按鍵復(fù)位的模式進(jìn)行設(shè)計的，選用 10UF的電解電容加10K的下拉電阻復(fù)位效果是比較好的,而復(fù)位按鍵則是并聯(lián)在電容兩端，運(yùn)行時直接按下復(fù)位腳即可得到高電平單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位模式，復(fù)位按鍵的好處在于他可以讓單片機(jī)系統(tǒng)隨時進(jìn)入復(fù)位模式。

圖6 復(fù)位等相關(guān)電路

3.6程序設(shè)計

系統(tǒng)程序流程圖如圖8所示：

圖7系統(tǒng)程序流程圖

首先,整個系統(tǒng)開始初始化,調(diào)用溫度檢測模塊的子程序檢查DS18B20是否在線并返回一個結(jié)果作為應(yīng)答,接著由DS18B20測出環(huán)境溫度并處理轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過IIC通信給單片機(jī),在此同時由鍵盤模塊的子程序掃描鍵盤看設(shè)置的溫度上下限然后由主程序判斷外界溫度是否越限,如果越限,便調(diào)用聲光報警模塊的子程序,如果沒有將循環(huán)往復(fù)的檢測和判斷。

4.1設(shè)計與制作結(jié)果

本次設(shè)計型主是硬件與軟件。硬件是電路板的焊接等，主程序方面為單片機(jī)的編寫。在測試中首先使用萬用表進(jìn)行電路板焊接的檢查測試，以降低后續(xù)出錯率。在單片機(jī)的編寫中，主要是把編寫好了的程序進(jìn)行查看，并在硬件中來進(jìn)行運(yùn)行，之后再查看整個運(yùn)行的狀態(tài)。

圖8 單片機(jī)編寫（局部）

對源程序編譯調(diào)試后,使用Proteus軟件進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖9所示;此時上限溫度為36攝氏度,系統(tǒng)實測溫度為37.3攝氏度,發(fā)光二極管閃爍蜂鳴器鳴叫觸發(fā)報警。

圖9 總體仿真圖

然后,使用AltiumDesigner完成電路原理圖的設(shè)計如圖：

圖10 總體原理圖

并最終完成實物制作及調(diào)試。

4.2結(jié)果分析

本次基于單片機(jī)的溫度報警器設(shè)計系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單，功能實用，便于設(shè)計，設(shè)計成本低下，且經(jīng)過實際的運(yùn)行和檢驗，能夠達(dá)到實際使用的要求和目標(biāo)。在工作運(yùn)行中裝置反應(yīng)靈活，性能穩(wěn)定，溫度檢測精確度高，報警靈敏性高。

另一方面，還可就溫度報警器的體積進(jìn)一步減小，溫度檢測精度進(jìn)一步提高等方面作深入研究，另外在溫度報警器的模塊上還可添加更多的功能，比如可顯示時間，可報時，根據(jù)不同的需求增加不同的功能等。