51單片機的智能溫度檢測系統設計

ID:921711 · 發表于 2021-5-23 20:16

1 整體設計方案系統由單片機系統，溫度檢測模塊，數據存儲模塊，以及溫度顯示模塊和溫度報警模塊四個部分組成。系統總體結構如圖1所示。

1.1 單片機最小系統單片機最小系統包括時鐘電路以及復位電路并有電源供應電路。本系統單片機采用宏晶公司生產的89C51，這里單片機的晶振為11.0592Mhz。

1.2 溫度檢測模塊這里我們采用DS18B20溫度傳感器，實物如圖2所示，從左往右第一個管腳為GND管腳，第二個為數據總線管腳，第三個管腳為電源VCC管腳。DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，圖3所示為其硬件結構。其適應電壓范圍更寬，從3.0V到5.5V，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。其量程較大，從－55℃到+125℃，可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫。DS18B20的核心功能是它可以直接讀出數字的溫度數值。溫度傳感器的精度為用戶可編程的9，10，11或12位，分別以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量遞增。在上電狀態下默認的精度為12位。得到的12位數據存儲在DS18B20的兩個8位的RAM中，高字節的前5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為‘0’，只要將測到的數值乘以0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為‘1’，測到的數值需要先減1再取反再乘以0.0625即可得到實際溫度。圖2 DS18b20實物圖3 DS18b20硬件結構在溫度檢測模塊中，我們首先初始化18b20，然后根據18b20的指令表進行編寫程序，向DS18b20發送44H指令啟動溫度傳感器進行轉換，一般采用12位分辨率進行轉換，接著讀取轉換好的溫度數據，首先讀取低字節的溫度，接著讀取高字節的溫度，然后設置一個變量先保存溫度的高字節然后左移8位，使高字節變為16位中高8位，最后和低8位相或，將高8位于低8位組合在一起。然后，先判斷讀取的溫度值是正值還是負值進行不同處理。圖4 AT24C02管腳圖圖5 AT24C02實物圖

1.3 數據存儲模塊數據存儲模塊我們采用具有IIC總線接口的AT24C02存儲器，圖4所示為其管腳圖，其中A0-A3是地址輸入管腳，SDA和SCL分別是地址\數據輸入和時鐘輸入管腳，WP為寫保護，VCC是電源，VSS是接地。其具有1.8到6.0伏工作電壓范圍，當WP為高電平時進入寫保護，具有100萬次編程/擦除周期，可保存數據100年，有DIP SOIC或TSSOP封裝兩種封裝形式，圖5所示為其實物圖。采用串行總線技術可以簡化系統設計、減小系統體積、提高系統可靠性。同時，增加系統的可移植性。

1.4 溫度顯示模塊顯示模塊我們采用LCD1602液晶顯示器來完成溫度顯示。LCD1602是一種專門用來顯示字母、數字、符號的點陣型液晶模塊。它是由若干個5x7或者5x10的點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以用顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。在使用LCD1602顯示溫度值值時，我們首先對LCD1602進行初始換操作，接著改變數據\命令控制端，首先設置（RS=L）寫命令，設置顯示坐標，然后設置（RS=H）來寫數據。圖6 蜂鳴器實物圖圖7 蜂鳴器接線圖的陰極連接到單片機的I/O口，發生溫度報警時，我們將如果一個LED相對應的IO交替賦為高低電平，讓LED燈完成閃爍功能。
2 系統流程圖8所示為其流程圖，首先我們初始化溫度傳感器參數，設定最高報警值與最低報警值，接著通過溫度檢測模塊與溫度顯示模塊獲取溫度并顯示溫度，當檢測出溫度大于最高報警值或小于最低報警值時，溫度報警模塊開始報警。
3 Proteus仿真圖Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。
本系統我們采用Proteus仿真，如圖9所示。
根據以上的模塊以及系統的流程圖，我們首先設計出了仿真電路。機的溫度檢測與報警系統，可實現系統溫度預設置，溫度檢測，溫度存儲和溫度報警功能，實驗表現，系統能完成預定功能，
圖8 系統流程圖圖9 Proteus仿真圖1.5 溫度報警電路溫度報警模塊我們采用蜂鳴器加led燈的結構，蜂鳴器分為有源和無源兩種，我們系統中采用無源蜂鳴器，如圖6、圖7所示。當溫度超過或者低于預設的警戒值時，蜂鳴器會報警。LED燈的陽極串聯一個電阻，然后連接到電源VCC，而LED且性能穩定，擴展性好，可以滿足眾多領域的溫度檢測功能。

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