51单片机的智能温度检测系统设计

ID:921711 · 发表于 2021-5-23 20:16

1 整体设计方案系统由单片机系统，温度检测模块，数据存储模块，以及温度显示模块和温度报警模块四个部分组成。系统总体结构如图1所示。

1.1 单片机最小系统单片机最小系统包括时钟电路以及复位电路并有电源供应电路。本系统单片机采用宏晶公司生产的89C51，这里单片机的晶振为11.0592Mhz。

1.2 温度检测模块这里我们采用DS18B20温度传感器，实物如图2所示，从左往右第一个管脚为GND管脚，第二个为数据总线管脚，第三个管脚为电源VCC管脚。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，图3所示为其硬件结构。其适应电压范围更宽，从3.0V到5.5V，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。其量程较大，从－55℃到+125℃，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。DS18B20的核心功能是它可以直接读出数字的温度数值。温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。在上电状态下默认的精度为12位。得到的12位数据存储在DS18B20的两个8位的RAM中，高字节的前5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为‘0’，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为‘1’，测到的数值需要先减1再取反再乘以0.0625即可得到实际温度。图2 DS18b20实物图3 DS18b20硬件结构在温度检测模块中，我们首先初始化18b20，然后根据18b20的指令表进行编写程序，向DS18b20发送44H指令启动温度传感器进行转换，一般采用12位分辨率进行转换，接着读取转换好的温度数据，首先读取低字节的温度，接着读取高字节的温度，然后设置一个变量先保存温度的高字节然后左移8位，使高字节变为16位中高8位，最后和低8位相或，将高8位于低8位组合在一起。然后，先判断读取的温度值是正值还是负值进行不同处理。图4 AT24C02管脚图图5 AT24C02实物图

1.3 数据存储模块数据存储模块我们采用具有IIC总线接口的AT24C02存储器，图4所示为其管脚图，其中A0-A3是地址输入管脚，SDA和SCL分别是地址\数据输入和时钟输入管脚，WP为写保护，VCC是电源，VSS是接地。其具有1.8到6.0伏工作电压范围，当WP为高电平时进入写保护，具有100万次编程/擦除周期，可保存数据100年，有DIP SOIC或TSSOP封装两种封装形式，图5所示为其实物图。采用串行总线技术可以简化系统设计、减小系统体积、提高系统可靠性。同时，增加系统的可移植性。

1.4 温度显示模块显示模块我们采用LCD1602液晶显示器来完成温度显示。LCD1602是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它是由若干个5x7或者5x10的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。在使用LCD1602显示温度值值时，我们首先对LCD1602进行初始换操作，接着改变数据\命令控制端，首先设置（RS=L）写命令，设置显示坐标，然后设置（RS=H）来写数据。图6 蜂鸣器实物图图7 蜂鸣器接线图的阴极连接到单片机的I/O口，发生温度报警时，我们将如果一个LED相对应的IO交替赋为高低电平，让LED灯完成闪烁功能。
2 系统流程图8所示为其流程图，首先我们初始化温度传感器参数，设定最高报警值与最低报警值，接着通过温度检测模块与温度显示模块获取温度并显示温度，当检测出温度大于最高报警值或小于最低报警值时，温度报警模块开始报警。
3 Proteus仿真图Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是比较好的仿真单片机及外围器件的工具。
本系统我们采用Proteus仿真，如图9所示。
根据以上的模块以及系统的流程图，我们首先设计出了仿真电路。机的温度检测与报警系统，可实现系统温度预设置，温度检测，温度存储和温度报警功能，实验表现，系统能完成预定功能，
图8 系统流程图图9 Proteus仿真图1.5 温度报警电路温度报警模块我们采用蜂鸣器加led灯的结构，蜂鸣器分为有源和无源两种，我们系统中采用无源蜂鸣器，如图6、图7所示。当温度超过或者低于预设的警戒值时，蜂鸣器会报警。LED灯的阳极串联一个电阻，然后连接到电源VCC，而LED且性能稳定，扩展性好，可以满足众多领域的温度检测功能。

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