基于單片機(jī)STC89C51的多用途溫度測量系統(tǒng)

【摘 要】本文介紹了一種基于單片機(jī)的多用途溫度測量系統(tǒng)，控制器為單片機(jī)STC89C51，測溫模塊使用了溫度傳感器DS18B20，所測溫度值實(shí)時顯示在七段數(shù)碼管上。為了使本系統(tǒng)功能更加完善，特為其配置了報警功能和語言提示功能，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時，蜂鳴器開始報警，提示語言顯示在12864液晶顯示屏上。此溫度測量系統(tǒng)具有多用途、實(shí)時性、精度高、低功耗、測溫范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)； DS18B20； 實(shí)時； 多用途

1 引言

隨著信息技術(shù)和電子工業(yè)的不斷發(fā)展，單片機(jī)和傳感器技術(shù)也越來越成熟，應(yīng)用范圍也更加廣闊。溫度與人們的生活息息相關(guān)，本文就介紹了基于單片機(jī)和溫度傳感器的溫度測量系統(tǒng)，相比于市場上我們常見的溫度計(jì)，本溫度測量系統(tǒng)具有多用途、實(shí)時性、精度高、低功耗、測溫范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)。我們不僅可以在家庭使用本系統(tǒng)，還可以將本系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、大棚種植等多種行業(yè)。通過數(shù)碼管以數(shù)字的形式實(shí)時顯示當(dāng)前溫度值，讓我們讀數(shù)非常方便，更具特色的是此系統(tǒng)具有報警功能，我們可以在程序里設(shè)置溫度限定，當(dāng)溫度達(dá)到此限制值時，蜂鳴器立馬報警，以提醒人們注意，可以通過功能按鍵關(guān)閉報警器。而且在液晶顯示屏上顯示必要的提示語言使得本設(shè)計(jì)更加的人性化。

2 總體方案設(shè)計(jì)

測溫系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。單片機(jī)選用的是宏晶公司的STC89C51，溫度傳感器采用DS18B20，溫度傳感器將采集到的溫度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送給單片機(jī)，單片機(jī)處理后將溫度值送到4個七段數(shù)碼管顯示。當(dāng)溫度超過限定值（過高或過低）時，報警器立刻報警，通過按鍵可以關(guān)閉報警器。在溫度限定范圍內(nèi)與范圍外LCD液晶顯示屏都可以顯示必要的提示信息。

圖1 總體設(shè)計(jì)框圖

3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件主要由以下幾部分組成：單片機(jī)、溫度傳感器、七段數(shù)碼管、LCD液晶顯示屏、蜂鳴器、按鍵，下面分別對這幾部分加以介紹，整體硬件原理圖見圖2。

3.1單片機(jī)

單片機(jī)選用的是宏晶公司的STC89C51，此款單片機(jī)具有低成本、低功耗、高速、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，其片內(nèi)置有四個8位 的并行端口、3個定時器、FLASH、RAM、看門狗等，可以3V～5V供電。

3.2溫度傳感器

溫度傳感器采用DS18B20，它是目前常用的溫度傳感器，具有體積小、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，具體歸納如下：

獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；

測溫范圍 -55℃～+125℃，固有測溫誤差為1℃；

支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫；

在使用中不需要任何外圍元件；

工作電源： 3.0～5.5V/DC；

測量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送；

應(yīng)用范圍廣：可以用于冷凍庫、糧倉、電機(jī)房、空調(diào)、蔬果大棚、養(yǎng)殖圈、家庭室溫測量等多種領(lǐng)域。

表1 DS18B20溫度值格式表

表2 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表

DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面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(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FE6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。單片機(jī)通過P3_7與DS18B20連接。

3.3七段數(shù)碼管

采用4個七段數(shù)碼管來顯示實(shí)時溫度，數(shù)碼管的位選由單片機(jī)的P1_4、P1_5、P1_6、P1_7 這4個I/O口來控制，單片機(jī)的P0口（P0_0～P0_7）控制數(shù)碼管的8個段選。

3.4LCD液晶顯示屏

LCD選用的是12864液晶顯示屏，其以并行的工作方式可以顯示漢字、數(shù)字、字母等字幕，LCD的作用就是顯示一些人性化的提示語言，本測溫系統(tǒng)用作家庭溫度計(jì)時，如當(dāng)溫度在20℃左右時，提示“氣溫適宜，今天是個不錯的日子！”，當(dāng)夏日炎熱時，提示”氣溫偏高，注意防暑降溫！”。

3.5蜂鳴器與按鍵

蜂鳴器用來報警，可以在程序中設(shè)置我們規(guī)定的溫度限定值，當(dāng)實(shí)時溫度值越過限定值時，蜂鳴器就會鳴響報警，單片機(jī)的P1_3端口控制蜂鳴器。通過功能按鍵key1可以停止蜂鳴器報警，由單片機(jī)P2_4端口來控制按鍵。

圖2 硬件原理圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

C51程序在Keil 4軟件中編寫，編譯通過后下載到單片機(jī)，執(zhí)行溫度測量系統(tǒng)的測溫工作。整個程序分為主程序與子程序，子程序包括溫度傳感器子程序、數(shù)碼管顯示子程序、LCD液晶顯示子程序、蜂鳴器及按鍵子程序。在溫度傳感器子程序里完成對溫度采集、溫度轉(zhuǎn)換、溫度計(jì)算等操作，數(shù)碼管子程序處理顯示實(shí)時溫度，LCD子程序處理數(shù)據(jù)的讀寫，顯示提示語言，蜂鳴器子程序?qū)崿F(xiàn)報警功能（P1_3置1），按鍵按下后停止報警，主函數(shù)通過調(diào)用子函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需功能。

5 結(jié)語

本測溫系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大塊，經(jīng)過多次調(diào)節(jié)與測試后工作正常且穩(wěn)定，精度高，操作簡便。整個系統(tǒng)功耗小，成本低，用途廣泛，可為人們的生活和工作帶來便利，建議推廣使用。

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