单片机控制温度采集控制系统研制

[摘 要]本系统是以AT89S52单片机为核心研发的温度巡回检测报警系统。系统运用主从分布式思想，实现由一台PC作上位机，多个单片机作下位机进行温度数据采集。系统以DS18B20数字温度传感器为检测元件，采集的温度值通过LED显示。测试的温度设置上下限，能够通过硬件与软件的结合实现温度的控制，并能够实现报警和对温度的上下限进行修改。系统测温准确、价格低廉、使用方便，具有广泛的应用前景。

[关键词]单片机；温度传感器；巡回检测报警；温度控制

中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0285-01

1、引言

温度采集系统可被广泛应用于工、农业生产和日常生活中，单片机控制温度采集控制系统就是为对温度进行检测和监控而设计的。采用PC机控制进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。系统以52系列单片机为控制核心，实现温度控制报警显示系统的设计，简单实用，具有一定的推广价值。

2、温度控制系统的整体方案设计

系统运用主从分布式思想，由一台PC作上位机，单片机作下位机，进行温度数据采集。该系统采用RS-232串行通讯标准，通过PC机控制单片机进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器集中显示，也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，并对各点进行实时温度控制，并具有超温声光报警功能。工作原理如下：当单片机采集温度低于所设定的下限温度或高于设定的上限温度时，单片机控制数字温度传感器DS18B20系统，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机在处理数据之后，发出控制信号改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度值发送到显示电路显示。本设计选用LED数码管显示器，采用蜂鸣器报警。

为了实现预定值的设置，本系统采用的是直接和I/O口连接的三个按键来实现，分别代表循环切换键、加1键和减1键。循环切换键用来设定报警值，加1键和减1键用来设置温度的上下限值。O定完参数后，再按一次功能键，系统便进入了监控状态。

3、系统的硬件设计

（1）系统的硬件组成

本系统的设计包括对温度的采集、转换、显示以及报警等环节。系统的硬件主要由AT89S52单片机、DS18B20温度传感器、LED数码管、电源、RS232、蜂鸣器等组成各个功能环节的元器件构成。

（2）元器件的选择

1、PC机采用普通的个人计算机。个人计算机由硬件系统和软件系统组成，是一种能独立运行，完成特定功能的设备。个人计算机具有优良的性能，使用广泛。由PC机控制AT89S52单片机，完成系统的功能设计。

2、本设计中的下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器。测温分辨率可达0.0625℃。它与传统的热敏电阻的不同之处在于它可直接将被测温度转换成船行数字信号供微处理器处理。DS18B20具有体积小、线路简单等特点。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据接收和发送均由同一条线来完成。本系统为单点温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但实际应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过80M，否则也会影响到数据的传输。在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O口来驱动多路DS18B20。本设计采用的是单路温度传感器测温的方式。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。

3.单片机

本设计最终选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52作为本系统的CPU。

下面简单地介绍一下AT89S52的特性：与MCS-51产品兼容，包括引脚；8K字节可编程闪速程序存储器，寿命：1000次写/擦循环；全静态工作：0～33MHz；3级程序存储器加密锁定；256×8位内部RAM；32条可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；8个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式，从掉电模式中断恢复；看门狗定时器；双数据指针；断电标志等。

4.键盘以及显示电路

键盘电路比较简单，设立三个键K1，K2，K3。其中：

K1（“”键）：循环切换，可以选择设定温度传感器的上，下限温度报警值。

K2（“”键）：在设定传感器的上，下限温度报警值时，按“”键，设定值加1。

K3（“”键）：在设定传感器的上，下限温度报警值时，按“”键，设定值减1。

显示电路用显示器作为人机接口，尤其是作为本系统的温度监测仪器，是必需的。常用的显示器件主要有LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器），它们都具有耗电少，成本低，线路简单，寿命长等优点，广泛应用于智能仪表场合。本设计选用共阴极LED数码管显示器。我们所用的显示器主要用于显示温度值。

4、温度控制系统的软件设计

整个系统软件分为PC机软件和单片机软件，PC机进行现场可视化检测，单片机负责数据采集、处理和控制，PC机和单片机之间采用主从式通讯。

本系统软件采用汇编语言来编写。汇编语言程序具有代码效率高（编译后的指令代码占用存储空间小）和执行时间短等优势和特点。[7]由于单片机的存储器等资源有限，单片机应用程序中经常需要面对硬件操作，且对程序执行的时间有较为严格的要求或限制。因此，选用汇编语言程序设计具有诸多优势。

单片机中的程序分为主程序和各个功能模块。主程序是整个控制系统的核心，用来协调各执行模块和操作者的关系。功能模块则是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。

功能模块共有6个，分别是温度转换开始子程序、读出温度值子程序、根据温度进行控制子程序、温度显示模式设定子程序、温度数据计算处理子程序、显示数据BCD码刷新子程序、数码管显示子程序、键盘扫描以及按键处理程序、单片机与PC机串口通讯程序。

5、结束语

本文介绍的设计方案成功地实现了以AT89S52单片机为控制核心，实现了温度控制报警显示系统的设计。系统运行可靠、功能强、体积小、造价低、开发周期短，可广泛应用于工、农业生产和日常生活中，对于提高生产效率和节约能源等都有重要的作用。该系统在功能上具有一定的开放性，市场上具有一定的推广价值，前景十分广阔。

添加项目：项目名称：单片机控制温度采集控制系统研制，项目编号：2016CXCY033。