基于51單片機(jī)的智能溫度檢測(cè)散熱報(bào)警系統(tǒng)

基于 51 單片機(jī)的智能溫度檢測(cè)散熱報(bào)警系統(tǒng)

摘要：探討工業(yè)場(chǎng)合溫度測(cè)量處理方法及系統(tǒng)構(gòu)成。本設(shè)計(jì)研究的溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)使用的 是 SST89E58RDA 單片機(jī)為主控制器，利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20采集溫度并通過數(shù)碼管 顯示，根據(jù)不同的溫度閾值 LED 燈和直流電機(jī)給出不同響應(yīng)，并且該系統(tǒng)觸發(fā)報(bào)警后可通過 紅外裝置 HEDDER 遠(yuǎn)距離關(guān)閉報(bào)警。

1.1  系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 系統(tǒng)上電后，隨后進(jìn)行系統(tǒng)整體各主要模塊的檢測(cè)，隨后單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度傳感器

DS18B20 的狀態(tài)，并將 DS18B20 得到的數(shù)據(jù)經(jīng)行處理通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的環(huán)境溫度， 并根據(jù)事先約定的不同的高低溫度閾值范圍 LED 燈有不同顏色的顯示，當(dāng)溫度超過設(shè)定最大 溫度值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，紅色 LEED 燈點(diǎn)亮，直流電機(jī)啟動(dòng)散熱系統(tǒng)打開，溫度精確位數(shù)位

0.01 度，此時(shí)可以通過遙控器關(guān)閉報(bào)警以及溫度顯示停止報(bào)警。

1.2   系統(tǒng)方案比較，設(shè)計(jì)與論證 該系統(tǒng)主要有主控制器，溫度測(cè)量，系統(tǒng)狀態(tài)顯示，散熱模塊以及紅外接收五個(gè)主要部

分電路組成，下面介紹實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)功能的方案。

采用 SST89E58RDA 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)作的核心，用其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和報(bào)警，以實(shí)現(xiàn) 其既定的性能指標(biāo)。

綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用 SST89E58RDA 單片機(jī)作為主控制器。

1.2.2 溫度測(cè)量

此設(shè)計(jì)采用 DS18B20 溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，其輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，方便單片 機(jī)對(duì)溫度的采集，處理和控制，而且其電路簡(jiǎn)單，占用空間小。該單片機(jī)性能穩(wěn)定，且線性 好，當(dāng)測(cè)量溫度在 0 到 100 之間時(shí)線性偏差都小于 1℃。除此之外，由于 DS18B20 溫度傳感 器采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，由 DS18B20和 SST89E58RDA 構(gòu)成溫度裝置輸出的溫度信號(hào)， 數(shù)字信號(hào)可以直接鏈接計(jì)算機(jī)。這樣，溫度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就顯得十分簡(jiǎn)單，占用的體積也不大。 同時(shí)，通過采用51 單片機(jī)控制讓軟件編程的自由度大大增加，即可以通過編程的自由度大 大增加，即可以通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且它還具有體積小，硬件 經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，安裝十分方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.2.3 顯示模塊 方案 1： 用數(shù)碼管充當(dāng)顯示模塊。數(shù)碼管具有使用簡(jiǎn)單，顯示速度快，顯示效果簡(jiǎn)介明了等特

點(diǎn)而得到廣發(fā)的應(yīng)用。 方案 2：

通過 LCD 1602 液晶經(jīng)行顯示顯示。LCD 具有現(xiàn)實(shí)內(nèi)容豐富，清晰，顯示信息量大，顯 示速度快，使用方便等特點(diǎn)而得到廣發(fā)的應(yīng)用。但對(duì)于本系統(tǒng)我們并不需要顯示豐富的內(nèi)容， 而且 LCD 液晶價(jià)格昂貴，因此我們未選擇此方案。

綜上所述，顯示模塊我們選擇方案 1.

1.2.4 紅外傳感器模塊 方案 1：

此模塊采用 HX1838 的紅外接收頭，這是一種全新，全塑封，高集成度的新型紅外遙控 接收模塊，其體積和一只三極管差不多，具有體積小的特點(diǎn)。但其內(nèi)部高度集成了輸入電路， 傳輸阻抗放大器，自動(dòng)增益控制電路，短脈沖控制電路，長(zhǎng)控制電路，比較器以及施密特觸 發(fā)器等，這使得他的外部引腳十分簡(jiǎn)單，方便了電路的連接和使用。所以它是一種非常常用 的紅外接收模塊。

方案 2：

此模塊采用 HS0038B 紅外接收頭，這種接受端相比 HX1838 在外形和功能沒有太大差別， 不過其內(nèi)置的芯片 IC 更好一些，抗干擾能力更強(qiáng)一些，但其成本相對(duì)較高，此是設(shè)計(jì)中并 未使用。

綜上所述，紅外接收模塊我們選擇方案 1.

1.2.5 散熱裝置模塊 由于單片機(jī)的串口輸出能力有限，所以無法正常驅(qū)動(dòng)一個(gè)小直流電機(jī)，所以此處采用

了外接驅(qū)動(dòng)模塊的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)工作。 方案 1：

此模塊采用安裝有 L298N 芯片的雙路 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)的供電電壓為 2V~10V， 可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，每路電流可達(dá) 1.5A，有熱保護(hù)別且能自動(dòng)恢復(fù)。并且其內(nèi)置 低導(dǎo)通 MOS 開關(guān)關(guān)，發(fā)熱小，無需散熱片，體積小，省電，便于攜帶。

方案 2： 此模塊采用三極管搭建放大電路從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，雖然這種方法簡(jiǎn)單明了但其封裝

型沒有方案一好，外接電路較多，所以該設(shè)計(jì)并未采用這種方案。 綜上所述，散熱驅(qū)動(dòng)模塊我們采用方案 1.

二、理論分析與參數(shù)計(jì)算

2.1.1 定時(shí)器參數(shù)設(shè)定

定時(shí)器 0 采用方式 2 的 8 位自動(dòng)重裝方式              TH0=0x00; TL0=0x00;，用于接收紅外信號(hào) 的脈沖寬度，一次位 256us.

2.2.1 定時(shí)器參數(shù)設(shè)定

使用定時(shí)器 1 使其工作在方式 1，TL1=(65536-500)%256;TH1=(65536-500)/256;定時(shí)大約

255us，用于蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，頻率大約為 2KHz.

三、系統(tǒng)各模塊電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)模塊組成：

3.1 溫度測(cè)量以及數(shù)碼管顯示溫度模塊 該模塊用于采集環(huán)境溫度并在其內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理再將其通過其 DQ 管腳送至單片

機(jī)中，DS18B20 與 SST89E58 的接線如圖 1.VDD 管腳接 5V 電壓給傳感器供電。DQ 管腳為數(shù) 據(jù)線與 SST89E58 的 P3^7 連接，GND 管腳接地。溫度傳感器DS18B20 將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成數(shù) 字信號(hào)通過 DQ 管腳傳給 SST89E58。

具體控制工作原理如下，1、首先在系統(tǒng)自檢結(jié)束后，DS18B20 芯片進(jìn)行初始化即由 控制器（單片機(jī)）給 DS18B20 總線約 0.5ms 的低電平信號(hào)，即給 DQ 引腳寫 0，拉低 DQ 引 腳，并檢測(cè)是否初始化成功。此操作就是先初始化 DS18B20。2、在芯片初始化后，芯片開 始自動(dòng)讀取環(huán)境溫度，將數(shù)據(jù)讀入 DS18B20 中的一個(gè)九個(gè)字節(jié)的 RAM 寄存器,每個(gè)字節(jié)八位。 具體如表 1 所示.

表 1 DS18B20 字節(jié)定義

對(duì)于讀入 DS18B20 寄存器的數(shù)據(jù)再由單片機(jī)讀入，即由單片機(jī)讀取 DS18B20 中 RAM，一位 一 位 讀 ， 讀 八 位 。 3. 數(shù) 碼 管 顯 示 ： 單 片 機(jī) 通 過 將從 DS18B20 讀 取 到 的 數(shù) 據(jù) 通 過 aaa=((b*256+a)*6.25 這個(gè)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理處理，將處理后的結(jié)果再進(jìn)行數(shù)碼的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 為數(shù)碼管的段碼，將轉(zhuǎn)化結(jié)果送數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管硬件電路如下圖 2.

圖 1

3.2 溫度超出報(bào)警及散熱模塊

該模塊用于對(duì)控制器讀取的 DS18B20 中數(shù)據(jù)并處理的結(jié)果與系統(tǒng)初始設(shè)置的溫度閾值比 較的結(jié)果做出相應(yīng)的反應(yīng)，以給用戶警示信息。具體組成為綠，黃，紅三個(gè)不同顏色的 LED 燈，蜂鳴器，直流電機(jī)模塊。其中 LED 直接連至 P1 口，蜂鳴器接至 P2^4 口，直流電機(jī)接 至 P2^7，控制器將通過以上引腳對(duì)它們進(jìn)行控制。

具體工作原理如下，1.如果溫度讀取進(jìn)入控制器的值未超過 30 攝氏度時(shí)，P1=0XDF 綠 色 LED 燈亮；當(dāng)溫度超過 30 攝氏度但為超過 31 攝氏度時(shí)，P1=0XBF,黃燈點(diǎn)亮；當(dāng)溫度超過

31 攝氏度后，P1=0X7F,紅色 LED 燈點(diǎn)亮并且啟動(dòng)定時(shí)器 1 使蜂鳴器發(fā)聲啟動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行散 熱。2.直流電機(jī)散熱模塊工作原理：控制器通過給 P2^7 引腳寫 1 操作，即向 L298N 驅(qū)動(dòng)寫

1。其中 L298 位 15 管腳的單塊集成的集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用 L298N 接受收來的邏輯電平驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載即直流電機(jī)。L298N 中包含 4 通道的邏輯驅(qū)動(dòng)電路，其額 定工作電流為 1A，最大可達(dá) 1.5A,Vss 電壓最小 4.5V.L298N 可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無需隔 離電路。下面給出 L298N 內(nèi)部原理圖，圖 3.  LED 與蜂鳴器電路原理圖，圖 4. 散熱模塊大 致電路圖，圖 5.

圖 4

3.3.1 紅外接收模塊 該模塊用于接收來自紅外發(fā)射器的紅外波信號(hào)送至控制器（單片機(jī)）中進(jìn)行相應(yīng)的處

理并進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作即此處該動(dòng)作為接收到紅外信號(hào)后，SST89E58 關(guān)閉報(bào)警散熱和數(shù)碼管 顯示系統(tǒng)，只留下一盞紅色 LED 燈經(jīng)行提示。該模塊主要由兩部分組成，分別是 SST89E58 和紅外接芯片 HX1838 組成。其中 HX1838 一共有三個(gè)引腳，其中 1 引腳作為信號(hào)輸出引腳 將從紅外發(fā)射器接受來的紅外信號(hào)送至單片機(jī)進(jìn)行解碼輸出，接至單片機(jī) P3^3,2 引腳接地，

3 引腳接正 5V 電源。

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2017-7-11 15:06 上傳

具體工作原理如下：當(dāng) HX1838 接收到紅外脈沖時(shí)，由于紅外遙控信號(hào)接受頭的輸出 端與相連的單片機(jī)中斷引腳相關(guān)聯(lián)，即相應(yīng)的引腳接收到下降沿時(shí)將會(huì)觸發(fā)單片機(jī)中斷。而 單片機(jī)中斷的效果是將會(huì)使定時(shí)器 0 開始計(jì)時(shí)，并且同時(shí)通過特定的軟件可以判斷當(dāng)前的電 平情況和周期和周期的情況，由此獲得的結(jié)果是可以得知接收到的數(shù)據(jù)是引導(dǎo)碼還是 0 或 1. 如果接收到引導(dǎo)碼就開始將后續(xù)的33 個(gè)脈沖存入數(shù)組 IRdata[33]中（其中引導(dǎo)碼 16 位用戶 碼 16 位），而當(dāng)接收總共 33 為數(shù)據(jù)后，說明接受完畢一幀數(shù)據(jù)，判斷接收是否有效即與自 己的有戶碼是否一致，再通過特定的程序?qū)Υ嫒氲?33 個(gè)脈沖進(jìn)行解碼其中丟棄引導(dǎo)碼。解 碼結(jié)束后將結(jié)果送入控制器（SST89E58 單片機(jī)）中進(jìn)行相應(yīng)的控制即關(guān)閉報(bào)警散熱系統(tǒng)僅 留下一個(gè)指示燈。電路原理圖如下圖 6.              實(shí)物圖如下圖

7.

圖 6

該模塊是用來向紅外接收器 HX1838 發(fā)射紅外脈沖提供控制信息，此模塊直接采用市 面上已經(jīng)制作封裝好的成品紅外遙控發(fā)射器，其內(nèi)發(fā)射芯片為TC9012，因此此處只給出其 發(fā)射碼的格式對(duì)其具體原理不再贅述。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件是基于 C 語(yǔ)言編寫，程序是在 KEIL 公司集成開發(fā)環(huán)境上設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)與顯示，溫度超高報(bào)警與散熱，紅外接收、解碼、和輸出等功能，保證了各個(gè) 硬件模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的單片機(jī)功能。

4.1 紅外接收模塊

該模塊用于處理來自紅外傳感器 HXI838 的脈沖信息，送入控制器將其解碼并給出相應(yīng)動(dòng) 作即接收到紅外信號(hào)后，SST89E58 關(guān)閉報(bào)警散熱和數(shù)碼管顯示系統(tǒng)，只留下一盞紅色 LED 燈用于提示。程序流程圖如下。

4.2 溫度采集模塊

該模塊的 DS18B20 溫度傳感器用于采集環(huán)境溫度并將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)通過 DQ 管腳傳給 SST89E58，再由控制器將數(shù)字信號(hào)處理成共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示段碼，送至數(shù)碼管顯 示。并且當(dāng)溫度讀取進(jìn)入控制器的值未超過 30 攝氏度時(shí)，P1=0XDF 綠色 LED 燈亮；當(dāng)溫度 超過 30 攝氏度但為超過 31攝氏度時(shí)，P1=0XBF,黃燈點(diǎn)亮；當(dāng)溫度超過 31 攝氏度后，P1=0X7F, 紅色 LED 燈點(diǎn)亮并且啟動(dòng)定時(shí)器 1 使蜂鳴器發(fā)聲啟動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行散熱。該模塊流程圖如下。

4.3 系統(tǒng)自檢模塊 該模塊用于系統(tǒng)上電后對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)基礎(chǔ)模塊例如數(shù)碼管，LED，蜂鳴器，散熱系統(tǒng)進(jìn)行

自我檢測(cè)，以檢查系統(tǒng)是否可以正常運(yùn)作。具體流程圖如下：

五、系統(tǒng)調(diào)試和測(cè)試結(jié)果

直流穩(wěn)壓電源（電腦 USB 代替）、普通發(fā)光二極管等

5.2 個(gè)功能模塊的測(cè)試

1、單片機(jī)基礎(chǔ)功能模塊

SST89E58 單片機(jī)，LED,數(shù)碼管，蜂鳴器，散熱系統(tǒng)的測(cè)試將由系統(tǒng)上電后，執(zhí)行編寫的 自檢程序進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，若檢測(cè)結(jié)果為：八盞 LED 依次點(diǎn)亮并全燈閃爍兩次；數(shù)碼管依次顯 示 123456789ABCDEF 后 4 只數(shù)碼管同時(shí)開啟閃爍兩次；蜂鳴器響 4 聲；直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 3 秒。 如果上電后以上基礎(chǔ)功能可以實(shí)現(xiàn)，說明基礎(chǔ)功能部分沒有問題。如果其中任意一個(gè)功能無 法實(shí)現(xiàn)，則說明對(duì)應(yīng)的部分有故障，進(jìn)一步將有問題的部分獨(dú)立起來經(jīng)行單獨(dú)檢測(cè)。

2、紅外功能模塊

紅外一體化接收頭以及紅外發(fā)射裝置的測(cè)試可在 HX1838 的電源端與信號(hào)輸入端之間串 聯(lián)一只普通二極管和發(fā)光二極管，在配上規(guī)定的外接電源（+5V），當(dāng)手拿含有 TC99012 芯 片的遙控器對(duì)著接收頭按任意鍵時(shí)，發(fā)光二極管會(huì)閃爍，說明接收頭和發(fā)射器都可以正常工 作，如果二極管不發(fā)光，則說明紅外接收頭和紅外發(fā)射器至少有一個(gè)損壞。

3、溫度檢測(cè)模塊

該模塊的可檢測(cè)可以在 DS18B20 溫度傳感器的輸出端與單片機(jī)的任意 I/O 口相連，電 源端配上規(guī)定的+5V 電壓，GND 管腳接地。通過向單片機(jī)內(nèi)寫入處理溫度信息和數(shù)碼管顯示 的代碼，然后上電復(fù)位后看系統(tǒng)是否可以已正常顯示實(shí)時(shí)的溫度，如果可以則說明溫度顯示 模塊是沒有問題的，但如果不能正常顯示則說明溫度傳感器 DS18B20 有故障。當(dāng)然此模塊 須在已經(jīng)驗(yàn)證單片機(jī)系統(tǒng)，數(shù)碼管，讀取溫度代碼本身沒有問題的前提下經(jīng)行測(cè)試的。

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