1、基于單片機(jī)的多路實(shí)用溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要 目的研究一種基于AT89S52單片機(jī)的多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測環(huán)境溫度。方法多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)由主控制器、溫度采集電路、溫度顯示電路、報(bào)警控制電路及鍵盤輸入控制電路組成。系統(tǒng)利用單片機(jī)AT89S52做控制及數(shù)據(jù)處理器、智能溫度傳感器DS18B20做溫度檢測器、LED數(shù)碼顯示管做溫度顯示輸出設(shè)備。結(jié)果系統(tǒng)經(jīng)過測試，測溫范圍大（-50+110），測量精度高（誤差在1以內(nèi)）。結(jié)論硬件電路比較簡單，成本較低，讀數(shù)顯示直觀，使用方便。關(guān)鍵詞 溫度監(jiān)測系統(tǒng)；溫度傳感器；單片機(jī)0 前言溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，與人們的生活息息相關(guān)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活

2、及醫(yī)療環(huán)境中，對溫度的測量及控制占據(jù)著極其重要地位。因此，研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。溫度測量的關(guān)鍵裝置是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了 3 個(gè)發(fā)展階段 ：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器；模擬集成溫度傳感器；智能集成溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。為此，本研究設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于 AT89S52 單片機(jī)的多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)。1 多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由 5 個(gè)模塊組成 ：主控制器、溫度采集電路、溫度顯示電路、報(bào)警控制電路及鍵盤輸入控制電路。數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)框圖，見圖 1

3、。圖1 多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由 圖 可 知， 智 能 溫 度 傳 感 器（DS18B20）1-2 采集環(huán)境溫度并進(jìn)行簡單的模數(shù)轉(zhuǎn)換 ；單片機(jī)（AT89S52）3-5執(zhí)行程序?qū)囟葌鞲衅鱾鬏數(shù)臄?shù)據(jù)作進(jìn)一步的分析處理，轉(zhuǎn)換成與環(huán)境對應(yīng)的溫度值，通過 I/O 口輸出到數(shù)碼顯示管（LED）顯示 ；由按鍵輸入控制選擇某采集電路檢測溫度及顯示 ；報(bào)警電路對設(shè)定的最高和最低報(bào)警溫度進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。1.1 溫度采集電路一般的溫度采樣處理電路由溫度傳感器、放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路等組成。采用分塊結(jié)構(gòu)的溫度采樣處理電路，其硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也不便于數(shù)據(jù)的處理。采用智能溫度傳感器采樣處理電路，能夠方便地進(jìn)行溫度

4、的采集及簡單的數(shù)據(jù)處理。并且可以達(dá)到設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求。本系統(tǒng)選擇智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集電路的核心器件，由 DS18B20 及輔助電路構(gòu)成溫度采集電路，見圖 2。圖中給出了 2 路溫度采集電路，2 只智能溫度傳感器DS18B20 的信號輸出端分別連接到單片機(jī)的 P1.4、P1.5 端，電阻 R7、R8 作為上拉電阻。工作時(shí)，由按鍵程序控制讀取某智能溫度傳感器 DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)，送單片機(jī)處理。1.2 單片機(jī)控制電路單片機(jī)控制電路核心是單片機(jī)芯片，附加上工作基本電路，就可以展開控制工作。AT89S52 單片機(jī)6-8 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要性能特點(diǎn) ：40 個(gè)引腳，雙列直

5、插式封裝 ；有 4 個(gè)8 位 I/O 接口 ；有全雙工增強(qiáng)型 UART 芯片，可編程串行通信 ；2 個(gè) 16 位定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 ；5 個(gè)中斷源，2 個(gè)中斷優(yōu)先級 ；有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器（全靜態(tài)工作方式，024 MHz）；有 128字節(jié)內(nèi)部 RAM，4KB Flash ROM（可以擦除 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年）；電源控制模式靈活（空閑模式、掉電模式，時(shí)鐘可停止和恢復(fù)）AT89S52 單片機(jī)正常工作時(shí)，必須連接基本電路。基本電路包括晶振電路和復(fù)位電路，見圖 3。1.3 輸入控制電路輸入控制電路由按鍵及其接口構(gòu)成，鍵盤是單片機(jī)最簡單的輸入設(shè)備。常用鍵盤分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)的

6、輸入控制簡單，采用獨(dú)立式鍵盤及接口電路。輸入電路由 2 個(gè)按鈕開關(guān)、2 個(gè) 10 的限流電阻組成 ；鍵掃描識別采用軟件查詢的方法。按鍵輸入控制電路，見圖 4 ；各鍵功能，見表 1。1.4 顯示電路顯示電路采用 LED 數(shù)碼管顯示。LED 數(shù)碼顯示管有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式，本系統(tǒng)采用并行輸出的靜態(tài)顯示方式，4 個(gè)數(shù)碼管的引腳 ag、dp 分別接到單片機(jī)P0.0P0.7 的 8 個(gè)端口上，數(shù)碼管的共陰極分別接到單片機(jī)的 P2.0O2.3 端口上。顯示電路結(jié)構(gòu)圖，見圖 5。由于 4 個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)引腳都是接在單片機(jī)的P0.0P0.7 端口上，只要 4 個(gè)數(shù)碼管的共陰極是低電平，4個(gè)數(shù)碼管就會(huì)顯

7、示相同的數(shù)字。而溫度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)，需要 4 個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示不同的數(shù)，要實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)數(shù)碼管顯示不同的數(shù)，就需要每次顯示一個(gè)數(shù)碼管，然后關(guān)閉，顯示下一個(gè)數(shù)碼管，直到 4 個(gè)逐個(gè)顯示完畢。因?yàn)轱@示每個(gè)數(shù)碼管的響應(yīng)時(shí)間很短，如果多次重復(fù)以上的顯示步驟，在人眼看來 4 個(gè)數(shù)碼管就是同時(shí)顯示不同的數(shù)了。1.5 報(bào)警控制電路按照報(bào)警電路的功能要求，報(bào)警控制電路采用壓電式蜂鳴器作發(fā)聲體，用三極管對蜂鳴器發(fā)聲進(jìn)行控制。報(bào)警控制電路9 由單片機(jī) AT89S52 的 P1.1 端作輸出，通過一個(gè)限流電阻與三極管 C945 的基極相連接。三極管 C945 集電極連接壓電蜂鳴器（BUZZER）的一端。壓電蜂鳴器

8、的另一端連接電源。報(bào)警控制電路，見圖 6，其工作原理和工作過程如下 ：（1）壓電蜂鳴器工作原理。壓電蜂鳴器以壓電陶瓷制作而成。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個(gè)壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，它就會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的電流，電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。反之，當(dāng)在壓電陶瓷上加上一定頻率的電壓，就會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生一定頻率的電流，從而就會(huì)引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動(dòng)空氣發(fā)生振動(dòng)。如果頻率適當(dāng)，就產(chǎn)生蜂鳴聲，可以被人耳所聽見。（2）報(bào)警控制電路工作過程。報(bào)警控制信號由單片機(jī)AT89C51 的 P1.1 端輸出，通過一個(gè)限流電阻加到三極管的基極。當(dāng) P1.1

9、 端的輸出信號發(fā)生變化時(shí)，則三極管將交替的工作于截止、飽和狀態(tài)，形成高低電平的波，從而使壓電蜂鳴器發(fā)出聲音。2 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件采用 C51 匯編語言設(shè)計(jì)10-13，整個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)模塊化，主要包括以下子程序 ：初始化子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、讀出溫度子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序、報(bào)警控制子程序。主程序主要功能是控制調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20 的測量溫度值（溫度測量每 1 s 進(jìn)行 1 次）。其程序流程圖，見圖 7。3 測試結(jié)果對系統(tǒng)溫度性能測試結(jié)果與已有的成品溫度計(jì)同時(shí)測量結(jié)果進(jìn)行比較，由于系統(tǒng) DS18B20 的精度很高，所

10、以誤差指標(biāo)可以限制在 0.1 以內(nèi)，另外，-55+125 的測溫范圍使得該系統(tǒng)完全適合一般的應(yīng)用場合。系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) ：2 路溫度采集電路及以上 ；采集測溫范圍為 -50+110 ；溫度精度，誤差在 0.1 以內(nèi) ；顯示模塊，采用 LED 數(shù)碼管顯示 ；報(bào)警模塊，超過預(yù)警值自動(dòng)蜂鳴報(bào)警。4 結(jié)束語數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)具有溫度采集、顯示、簡單的人機(jī)對話及報(bào)警功能。它的測溫范圍在 -55+125，測量精度可通過編程調(diào)節(jié)，最高精度可達(dá)到 0.0625 /LSB。本系統(tǒng)主要適用于采集顯示溫度，不具備控制調(diào)節(jié)溫度功能，但能夠進(jìn)行硬件和軟件功能擴(kuò)展。在硬件擴(kuò)展后，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)控制功能擴(kuò)展，如當(dāng)環(huán)境

11、溫度達(dá)到一定值時(shí)，通過軟件編程進(jìn)行判斷，從主控制器的一個(gè) I/O 端口輸出一個(gè)控制指令，去驅(qū)動(dòng)外部的控制電路工作，從而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，使環(huán)境溫度達(dá)到人們所需的要求。因此，在人們健康意識日益提高的今天有很好的市場推廣前景。附錄托普物聯(lián)網(wǎng)簡介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項(xiàng)目。浙江托普儀器是國內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)

12、殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自

13、動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)。可以通過聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語音報(bào)警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實(shí)施實(shí)時(shí)信息自動(dòng)記錄，有據(jù)可查，在儲藏、運(yùn)輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術(shù)對各個(gè)階段數(shù)據(jù)記錄，這樣

14、就能實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者拿到農(nóng)產(chǎn)品時(shí)通過終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)就能查看到各類信息，才能放心食用。6、作業(yè)模塊：即中央控制室。可通過總控室對整個(gè)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)測，包括各個(gè)區(qū)域采集點(diǎn)參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實(shí)時(shí)視頻圖像、施肥噴藥狀況、報(bào)警信息等。參考文獻(xiàn)1 趙海蘭,趙祥偉.智能溫度傳感器DS18B20的原理與應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù),2003,14(3):32-34.2 馬云峰.單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測量與控制,2002,10(4): 278-280.3 凌玉華.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.長沙:中南大學(xué)出版社,2006:222-228.4 胡漢才.單片機(jī)原理及系統(tǒng)M.北京:清華大學(xué)出版社,2002: 28-38.5 樓然苗,李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.6 方慶山,汪玉.基于STC89C52單片機(jī)的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.中國醫(yī)療設(shè)備,2011,26(6):40-42.7 許海波,廖傳書.基于AT89S52單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)J.安防科技,2007,17(9):17-19.8 周文光,魏培德,許新建,等.一種基于AT89S52膀胱功能訓(xùn)練器的設(shè)計(jì)J.中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27(3):17-20.9 徐瑋.51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)-蜂鳴器、繼電器篇