一、摘要
我們介紹的是一種基于單片機控制的數字溫度報警，本溫度系統具有多功能性，即可以當數字溫度計使用，顯示當前環境溫度，又可以作為報警器使用，設置報警溫度，當溫度不在設置范圍內時，可以報警，并采取措施使溫度下降。
該溫度報警系統控制器使用單片機AT89C51，測溫傳感器使DS18B20，用2位共陽極LED數碼管,實現溫度顯示,能準確達到以上要求。
二、設計方案
1、方案一
由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，感溫電路比較麻煩。
2、 方案二
進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。
從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。
溫度報警系統電路設計總體設計方框圖如圖1所示
三、模塊功能分析
1、單片機主板電路
單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，該模塊包括中央處理CPU -AT89C51、時鐘電路及復位電路；2、DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路
DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現９～１２位的數字值讀數方式。
DS18B20是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。
該電路完成了信號的采集、轉換和傳輸。
圖4
3、上下限報警調整電路
分別調整溫度的上下限報警設置，有“+“、”“-”、“確定”等鍵
圖5上下限報警調整電路
4、溫度顯示電路
顯示當前測得的溫度，數碼管采用74LS247驅動
5、報警電路
當環境溫度超過設定溫度時，蜂鳴器鳴叫，紅燈點亮，發生報警；當人員發現警報時，可按圖8中的按鈕，暫時中斷蜂鳴器的鳴叫。6、控制電路
該電路的作用是：當測量溫度超過設定溫度時，小風扇以下轉動，加快儀器散熱，使溫度保持在設定溫度以下。
圖9控制電路
四、整體構造及功能
整體電路圖如下：
實現的總體功能：
l 實現對環境溫度的測量和顯示
l 能通過按鍵設置報警溫度
l 溫度超過設置值時，產生光聲報警
l 報警同時系統自帶小風扇轉動以降低溫度
主程序
主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，其程序流程見下圖所示
附錄：
源程序
/*******************************************************************/
/*溫度報警器*/
/*******************************************************************/
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define Tube P0 //數碼管端口
#define Key P1 //鍵盤端口
sbit DQ = P1^4; //溫度傳感器DS18B20數據傳輸端
sbit BUZZER = P1^5; //蜂鳴器端口
sbit RUN = P1^6; //運行指示燈端口
sbit SET = P1^7; //設置指示燈端口
sbit Feng = P3^3; //風扇端口
bit Status; //設置狀態標志位
bit Warning; //警報標志位
bit Int; //外部中斷標志位
uchar OP1L; //原P1端低4位狀態
uchar NP1L; //現P1端低4位狀態
uchar FinT; //最終測得溫度
uchar LimT; //警報溫度下限
uchar Count; //定時器計數
/*******************************************************************/
#include"Delay.h"
#include"Display.h"
#include"Initialize.h"
#include"Error.h"
#include"KeyScan.h"
#include"Measure.h"
#include"Interrupt.h"
/*******************************************************************/
/*主程序*/
/*******************************************************************/
void main()
{
Initialize(); //初始化
do{ //開機自檢，跳過默認初始的85℃
Measure();
}while( FinT == 0X55);
while(1){
KeyScan(); //鍵盤掃描
Measure(); //獲取測量溫度
Display(); //顯示
}
}
/*******************************************************************/
/*初始化*/
/*******************************************************************/
void Initialize()
{
Status = 0; //初始化設置狀態標志位
Warning = 0; //初始化警報標志位
BUZZER = 1; //初始化蜂鳴器狀態
RUN = 0; //初始化運行指示燈
SET = 1; //初始化設置指示燈
Feng = 1; //初始化風扇端口
OP1L = 0X00; //初始化原P1低4位
NP1L = 0X00; //初始化新P1低4位
LimT = 0X1B; //初始化警報溫度下限為27℃
Count = 0X00; //初始化定時器計數單元
EA = 1; //開總中斷
EX0 = 1; //開外部中斷0中斷允許
IT0 = 1; //設置外部中斷0為邊沿觸發方式
}
/*******************************************************************/
/*溫度測量*/
/*******************************************************************/
void InitDS18B20(); //初始化DS18B20
void WriteDS18B20( uchar ch ); //寫DS18B20數據
uchar ReadDS18B20(); //讀DS18B20數據
void Measure()
{
uchar TemH; //保存傳感器發送數據高8位
uchar TemL; //保存傳感器發送數據低8位
InitDS18B20();
WriteDS18B20( 0XCC ); //跳過ROM
_nop_();
InitDS18B20();
WriteDS18B20( 0XCC ); //跳過ROM
_nop_();
WriteDS18B20( 0X44 ); //發送溫度轉換指令
Delay1ms( 25 );
Delay1ms( 25 );
Delay1ms(25 );
Delay1ms( 25 ); //等待1s轉換
InitDS18B20();
WriteDS18B20( 0XCC ); //跳過ROM
WriteDS18B20( 0XBE ); //發送溫度轉換指令
TemL = ReadDS18B20(); //讀低位溫度值
TemH = ReadDS18B20(); //讀高位溫度值
Delay1ms( 2 );
TemH = ( TemH<<4 )|( TemL>>4 ); //保留溫度值整數部分
FinT = TemH;
if( FinT > LimT ){ //判斷是否警報
Warning = 1;
}
else{
Warning = 0;
}
}
uchar ReadDS18B20() //讀DS18B20數據
{
uchar ch;
uchar q ;
for( q=0; q<8; q++ ){
ch = ch >> 1;
DQ = 0;
_nop_();
DQ = 1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
if( DQ == 1 ){
ch = ch | 0X80;
}
else{
ch = ch &0X7f;
}
Delay15us( 3 );
DQ = 1;
}
return( ch );
}
void WriteDS18B20( uchar ch ) //寫DS18B20數據
{
uchar i;
for( i=0; i<8; i++ )
{
DQ=0;
Delay15us( 1 );
DQ = ch & 0X01;
Delay15us( 3 );
DQ = 1;
ch = ch >> 1;
_nop_();
}
}
void InitDS18B20() //初始化DS18B20
{
DQ = 0;
Delay15us( 33 ); //至少延時480us
DQ = 1;
Delay15us( 10 ); //至少延時100us
}
/*******************************************************************/
/*顯示*/
/*******************************************************************/
void Display()
{
uchar T;
if( Status == 1 ){ //判斷狀態
T = LimT;
}
else{
T = FinT;
}
T = T % 10 + T / 10 *16; //將2進制碼轉化為BCD碼
Tube = T; //數碼管顯示
RUN = Warning; //運行指示燈顯示
BUZZER = !Warning ||Int; //蜂鳴器
Feng = !Warning; //風扇
SET = !Status; //設置指示燈顯示
Delay1ms( 20 );
}
/*******************************************************************/
/*鍵盤掃描*/
/*******************************************************************/
void KeyScan()
{
NP1L = Key; //讀取按鍵狀態
NP1L = NP1L &0X0F;
NP1L = NP1L ^ 0X0F;
if( NP1L != OP1L ){
switch(NP1L){ //判斷按鍵
case 0X01: //按鍵為“設置”
Status = 1; //進入設置狀態
break;
case 0X02: //按鍵為“+1”
if( Status== 1){ //判斷是否為設置狀態
LimT++; //警報溫度下限+1
LimT =LimT % 100; //超過99清零
Delay1ms(255);
}
else{
Error();
}
break;
case 0X04: //按鍵為“-1”
if( Status== 1){ //判斷是否為設置狀態
LimT--; //警報溫度下限-1
if(LimT < 0 ){
LimT = 0X63; //低于0變為99
}
Delay1ms(255);
}
else{
Error();
}
break;
case 0X08: //按鍵為“確認”
Status = 0; //返回測溫狀態
break;
default: //多鍵按下
Error(); //出錯復位
break;
}
NP1L = 0X00; //重新初始化
}
}
/*******************************************************************/
/*中斷服務*/
/*******************************************************************/
void Int0( void ) interrupt 0
{
Int = 1; //外部中斷標志位置1
EX0 = 0; //關外部中斷0中斷允許
TMOD = 0X01; //設置定時器0工作在模式1
TH0 = 0X3C;
TL0 = 0XB0; //為T0賦初值，令其定時50ms
Count = 0X3C; //設置計數次數
ET0 = 1; //開T0中斷允許
TR0 = 1; //開T0中斷
}
/*******************************************************************/
void Timer0( void ) interrupt1
{
if( Count == 0 ){ //判斷定時計數是否結束
ET0 = 0; //關T0中斷允許
TR0 = 0; //關T0中斷
Int = 0; //外部中斷標志位置0
EX0 = 1; //開外部中斷0中斷允許
}
else{
TL0 = 0XB0; //重新賦T0初值
TH0 = 0X3C;
Count --; //定時計數減1
}
}
/*******************************************************************/
/*延遲函數*/
/*******************************************************************/
void Delay15us( uchar n ) //延遲n*15us
{
do{
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_();
n--;
}while( n );
}
void Delay1ms( uchar delay ) //延遲delay*1ms
{
uchar i;
while( delay-- )
{
for( i=0; i<124; i++);
}
}
/*******************************************************************/
/*報錯復位*/
/*******************************************************************/
void Error()
{
Tube = 0XAA; //出錯顯示
BUZZER = 0; //鳴蜂鳴器
RUN = 1; //LED警報
Delay1ms( 255 ); //延遲
Delay1ms( 255 );
Delay1ms( 255 );
Delay1ms( 255 );
Delay1ms( 255 );
( *(void(*)())0 )(); //軟復位
}
|
