数字温度测量系统

【摘要】温度测量已成为当今社会研究的热门项目，是工农业生产过程中必须考虑的因素[1]。传统的方法是通过测温元件测出电压，再转换成对应的温度，这种方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持，且误差大。本文设计一种基于AT80C51单片机的温度测量及报警电路，该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围0℃-～+100℃，使用LED模块显示，能设置温度报警上下限。

【关键词】温度测量;单片机;传感器;DS18B20;AT80C51

1.概述

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制[2]。随着新技术的不断开发与应用，近年来以单片机为核心的温控系统发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。

2.系统概述

该系统利用AT80C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。

DS18B20数字温度芯片，输出信号全数字化，物理化学性能很稳定，在0-100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。并且系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

图1所示为系统基本方框图。系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。

图1 系统基本方框图

3.系统设计

3.1 系统软件设计

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了[3]。软件的功能可分为两大类：

一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。

二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。

这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。主程序流程如图2所示。

图2 主程序流程图

3.2 系统硬件设计

利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值[4]，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LED中显示。图3所示为系统电路图。

使用Proteus软件画出系统电路图，使用Keil软件编写源程序。设置温度上限为37度，温度下限为10度。例如，当温度为40度，超出上限温度，黄灯亮，实现报警。当温度为7度，低于下限温度，绿灯亮，报警。

4.结论

本文介绍了基于80C51单片机的数字温度测量系统，对整个硬件电路和软件程序设计做了分析，并对其中的一些基本原理也做了简要的概述。数字温度计可以用在很多领域，在一些人不能直接进入的场所，利用单片机控制的数字温度计，可以设置并控制其中的温度，数字温度计还可以利用在温室中，这样就可以方便的控制温室中的温度，当温度超过所要求的温度时，可发生报警。

参考文献

[1]阎石著.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006：65-90.

[2]Li Wei-di，Guo Qiang.Application technology of LCD displays.China Publishing House of Electronics Industry，2000：58-77.

[3]马忠梅M籍顺心M张凯M等著，单片机的C语言应用程序设计（第4版）[M].北京：北京航天航空大学出版社，2007：124-160.

[4]梁翎著.C语言程序设计实用技巧与程序实例[M].上海：上海科普出版社，1998：76-97.

[5]G Jiang M Zhang，X Xie，S Li.Application on temperature control of DS18B2[J].Control Engineering of China，2003： 66-89.

基金项目：辽宁省科学计划计划项目（项目编号：2012217005）;辽宁省科学事业公益研究基金（项目编号：2012004002）

作者简介：孟宇然（1992―），男，辽宁沈阳人，大学本科，现就读于沈阳理工大学信息科学与工程学院。