基于单片机温度采集报警系统设计论文

基于单片机的温度采集报警系统的设计

摘要：设计了一种基于单片机ats51和ds18b20温度传感器的温度采集报警系统。该系统性能可靠，结构简单，能实现安全温度内正常显示温度值，超出设定的温度上限则进行声光报警。 关键词：单片机；温度检测；报警

中图分类号：tp311.52文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2011) 23-0000-03

temperature acquisition alarm system design based mcu wang rongrong,liu haixia

(inner mongolia technical college of mechanics and electrics,huhhot010070,china)

abstract:it designs a microcontroller based on ats51 and ds18b20 temperature sensor temperature collection and alarm system.the system has reliable performance,simple structure,can achieve safe temperature within a normal display temperature exceeds the set temperature,upper limit,sound and light alarm.

keywords:mcu;temperature detection;alarm 一、系统设计 基本工作原理

如图1所示为温度采集报警系统框图。该设计将以单片机控制的温度采集系统为主，利用单片机完成对温度的检测，实现安全温

度内正常显示温度值，超出设定的温度上限则进行声光报警。 系统在温度采集时主要应用了ds18b20芯片，该器件经过初始化后单片机首先进行rom匹配，当受到测温器件发回的信号时证明该器件正常工作，接着单片机发送温度转换命令进行温度采集，测温的精确度很高，可以精确到小数点后四位。设计中还应用了hd7279芯片进行数码管显示的驱动，一共应用了6位数码管。 图1 温度采集报警系统框图 二、硬件设计 （一）测温和控制电路 1.测温

测温使用的ds18b20是典型的应用单总线技术的器件。 顾名思义，单总线只有一根数据线。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口，连接至该数据线，这样允许设备在不发送数据时释放数据总线，以便总线被其它设备所使用。

ds18b20温度传感器是美国dallas半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。ds18b20采用３脚pr－35封装或８脚soic封装，其内部结构框图如图2所示。 图2 ds18b20内部结构框图

ds18b20的测温原理是这样的，器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数

器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，ds18b20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。 单总线要求外接一个约5k的上拉电阻；这样，单总线的闲置状态为高电平。不管什么原因，如果传输过程需要暂时挂起，且要求传输过程还能够继续的话，则总线必须处于空闲状态。位传输之间的恢复时间没有，只要总线在恢复期间处于空闲状态（高电平）。如果总线保持低电平超过480μs，总线上的所有器件将复位。另外，在寄生方式供电时，为了保证单总线器件在某些工作状态下（如温度转换期间、eeprom写入等）具有足够的电源电流，必须在总线上提供强上拉[1]。

主机控制ds18b02完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、rom操作指令、存储器操作指令。必须先启动ds18b02开始转换，再读出温度转换值。本系统仅挂接一个芯片，在软件设计中使用默认的12位转换精度，外接供电电源，读取的温度值高位字节送单元，低位字节送wdlsb单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。 2.控制

ats51是美国atmel公司生产的低电压、高性能cmos8位单片机；片内含有4k字节的可反复擦写的只读程序存储器（eprom）和128字节的随机存取数据存储器（ram）；器件采用amtel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统；片内置通用2位处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大的ats51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 图3 测温和控制电路 （二）显示控制电路

hd7279a是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或个led点阵)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达键的键盘矩阵。该芯片内部含有译码器，可直接接受16进制码，hd7279a还同时具有2种译码方式，hd7279(a)还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。hd7279与单片机仅需4条接口线，其中cs为片选信号。当mcu访问hd7279时，应将

片选端置为低电平。data为串行数据/输出端，当向hd7279发送数据时，data为输入端；当hd7279a输出键盘代码时，data为输出端。其特点为：

-串行接口，无需外围元件可直接驱动led -各位控制译码/不译码及消隐和闪烁属性 -（循环）左移/（循环）右移指令 -具有段寻址指令，方便控制led -键键盘控制器，内含去抖动电路 -有dip和soic两种封装形式供选择 显示控制电路如图4所示： 图4显示控制电路 （三）声光报警电路 1.发光二极管报警电路的设计

由4个发光二极管接上电阻后连上单片的rxd的引脚，外接vcc，当单片机的rxd引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图5所示为发光二极管报警电路。 图5 发光二极管报警电路图 2.声音报警电路的设计

如下图所示，用一个speaker和三极管、电阻接到单片机的txd引脚上，构成声音报警电路，如图6示为声音报警电路。 图6 声音报警电路图 三、软件设计

该设计中主要利用了ds18b20芯片进行测温，该芯片是单总线器件，顾名思义单总线只有一根数据线，因此在通信时时序就显得十分重要，我们在编程时也要十分注意这一点。在程序中测温时首先要对ds18b20进行初始化，初始化过程由单片机发出的复位脉冲和芯片响应的应答脉冲组成，应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。由于总线上只挂接了一片测温芯片，因此可直接跳过rom匹配发出测温命令。该设计可实时显示温度值，便于连续观测。软件流程图如下所示： 图7 软件流程图 四、总结

本设计研究了一种基于单片机技术的温度采集报警系统。该系统通过以ats51单片机为工作处理器核心，利用了ds18b20芯片进行测温，当温度超出设定范围时，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该系统操作简单、易懂、智能性高、误报率低，设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。 参考文献：

[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[j].锦州师范学院学报,2001

[2]宋文绪.传感器与检测技术[m].北京:高等教育出版社,2004 [3]余锡存.单片机原理及接口技术[m].西安:西安电子科技大学出版社,2000

[4]唐桃波,陈玉林.基于atc51的智能无线安防报警器[j].电

子设计应用,2003,5(6):49-51

[5]李全利.单片机原理及接口技术[m].北京:北京航空航天大学出版社,2004

[6]薛均义,张彦斌.mcs-51系列单片微型计算机及其应用[m].西安:西安交通大学出版社,2005

[7]徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言c51应用程序设计[m].北京:北京航空航天大学出版社,2006

[8]康华光.电子技术基础（模拟部分）[m].北京:高等教育出版社,2004

[9]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）[m].杭州:北京航空航天大学出版社,1998

[10]李广弟.单片机基础[m].北京:北京航空航天大学出版社,1994

[11]阎石.数字电子技术基础（第三版）[m].北京:高等教育出版社,19

[12]廖常初.现场总线概述[j].电工技术,1999

[作者简介]王熔熔，副教授，内蒙古机电职业技术学院信息与管理工程系副主任，宣传部副；刘海霞（1965.3-），女，内蒙古呼和浩特市人.内蒙古机电职业技术学院副教授，硕士研究生，研究方向：控制理论与控制工程。