1.引言 如果環(huán)境溫度超過或低于限定值，必定對所處環(huán)境的人和設(shè)備造成影響，甚至給個(gè)人和社會造成巨大的損失。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用單片機(jī)設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)成為控制技術(shù)發(fā)展的需要。本文提出了一種基于單片機(jī)的溫度預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并采用PROTEUS進(jìn)行了仿真。該系統(tǒng)不僅可以高精度的測量溫度，同時(shí)對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并做到超溫報(bào)警，有較高的實(shí)用價(jià)值。 2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 本設(shè)計(jì)方案總體框圖如圖1所示，它是由單片機(jī)、四路數(shù)據(jù)采集模塊、集成功放模塊、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源等組成。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為控制核心，數(shù)據(jù)采集部分由溫度傳感器DS18B20組成;人機(jī)交互界面為4&TImes;4矩陣鍵盤輸入和LCD1602液晶顯示，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示。系統(tǒng)電源為 5V電源供電。軟件部分采用C語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了該設(shè)計(jì)的全部控制功能。該溫度預(yù)警系統(tǒng)的測量范圍為-55℃~ 125℃。當(dāng)檢測的溫度高于最高或最低溫度設(shè)定值時(shí)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 3.電路設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī) AT89S52單片機(jī)是ATMEL公司推出的高檔型AT89S系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品。AT89S52是一個(gè)低功耗、高性能CMOS8為單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。期間采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 3.2 溫度采集電路 由單片機(jī)獲取非電信號的溫度信息，必須通過溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測量多以熱敏電阻作為溫度傳感器，但是，熱敏電路可靠性較差，測量溫度精度低，因此使用DS18B20溫度傳感器采集溫度。DS18B20是美國達(dá)拉斯(Dallas)公司的單數(shù)字溫度傳感器芯片，DS18B20具有體積小，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，易于微處理器連接等特點(diǎn)，其測量范圍-55℃~ 125℃，最大分辨率為0.0625℃，在-25℃~ 85℃范圍內(nèi)其測溫標(biāo)準(zhǔn)度為±0.5℃。 DS18B20只有三個(gè)引腳，一個(gè)接地，一個(gè)接電源，一個(gè)數(shù)字輸入/輸出引腳，由于DS18B20采用單總線結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)的四個(gè)溫度傳感器并聯(lián)在三線上，數(shù)據(jù)輸入/輸出接單片機(jī)的P1.7口，電源與數(shù)字輸入輸出腳間需要接一個(gè)4.7K的電阻，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能。 3.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)報(bào)警電路使用L M 3 8 6作為報(bào)警器的功率放大器。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 LM386的輸入端接單片機(jī)的P3.4引腳，輸出端接揚(yáng)聲器，電路圖如圖2所示。當(dāng)實(shí)際溫度超過或低于設(shè)置的溫度值時(shí)，單片機(jī)相應(yīng)引腳輸出一定頻率的信號，信號經(jīng)過音頻功放放大之后，發(fā)出報(bào)警聲。 3.4 顯示接口電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用液晶顯示模塊來顯示4路溫度采集值及溫度設(shè)定值。本系統(tǒng)采用LCD12864液晶顯示模塊。LCD12864是一種具有4位/ 8位并行、2線或三線串行多接口方式，內(nèi)部含有國際一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，其顯示分辨率為128&TImes;64，可以顯示8&TImes;4行16&TImes;16點(diǎn)陣的漢字。同時(shí)又具有低電壓低功耗等特點(diǎn)。 在本系統(tǒng)，LCD12864的3個(gè)控制端RS(數(shù)據(jù)/命令選擇端)、R/W(讀/寫選擇端)、E(使能信號)分別連接單片機(jī)的P 3 。 7、P3.0、P3.3，用來對LCD12864進(jìn)行控制;LCD12864的8個(gè)數(shù)據(jù)端連接單片機(jī)的P0口，用來向LCD12864寫入數(shù)據(jù)。液晶的第3引腳為液晶顯示偏壓信號，用來調(diào)節(jié)顯示的對比度;第1、2引腳為液晶的電源接口;第19、20引腳是顯示器背光燈的電源接口。 3.5 鍵盤接口電路設(shè)計(jì) 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人干預(yù)單片機(jī)的主要手段。本系統(tǒng)采用了4×4矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)對溫度值和功能鍵的設(shè)定。四條行線接單片機(jī)P2口的高4位，四條列線接單片機(jī)P2口的低4位。初始化時(shí)鍵盤行線為高電平，列線為低電平。鍵盤的行線接4輸入與門，4輸入與門的輸出接單片機(jī)的外部中斷0引腳P3.2口。當(dāng)有鍵按下時(shí)，將產(chǎn)生中斷，在中斷程序里對按鍵進(jìn)行掃描，得到按鍵的鍵值。 3.6 電源電路的設(shè)計(jì) 電源是整個(gè)系統(tǒng)的能量來源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否運(yùn)行。在本系統(tǒng)中單片機(jī)、液晶顯示、報(bào)警等電路需要5V的電源，因此電路中選用穩(wěn)壓芯片7805，其最大輸出電流為1.5A，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 4.軟件設(shè)計(jì) 主程序先對系統(tǒng)資源進(jìn)行初始化，調(diào)用LCD顯示子程序，然后進(jìn)入鍵盤設(shè)置界面。 當(dāng)設(shè)置鍵按下后，開始設(shè)置各點(diǎn)的溫度，如果確認(rèn)鍵按下，則系統(tǒng)開始工作。首先調(diào)用DS18B20初始化子程序，再發(fā)送ROM命令，讀取DS18B20轉(zhuǎn)換的溫度值。當(dāng)讀取的溫度大于設(shè)置的溫度值時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警，LCD顯示溫度的實(shí)際值、設(shè)置值、路數(shù)、狀態(tài)。 接下來對第二、三、四路溫度進(jìn)行采集，處理，顯示。 5.系統(tǒng)PROTEUS仿真 Proteus 軟件是來自用過LabcenterElectronics公司，基于SPICEF5 仿真引擎的很合電路仿真軟件，是一款含有大量的系統(tǒng)資源、豐富的硬件接口電路，具有強(qiáng)大的調(diào)試功能和軟硬件相結(jié)合的仿真系統(tǒng)。它很好地解決了硬件設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試的問題，不僅能夠仿真模擬、數(shù)字電路以及模數(shù)混合電路，還能夠仿真基于單片機(jī)的電子系統(tǒng)。本系統(tǒng)PROTEUS仿真圖如圖3所示。 6.結(jié)論 本方案以AT89C52為控制核心，DS18B20采集溫度、LCD12864顯示溫度和LM3386驅(qū)動報(bào)警等設(shè)計(jì)了一款智能溫度預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，并通過PROTEUS仿真，得到了很好的效果，證實(shí)了本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、智能調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)可以應(yīng)用于糧倉、工廠、浴室等場合，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 (mbbeetchina)