基于單片機(jī)的智能溫度預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1.引言

隨著社會(huì)的發(fā)展特別是工業(yè)的發(fā)展，人民生活的改善，安全問(wèn)題變得更加重要。目前，在許多情況下，都需要對(duì)環(huán)境的溫度進(jìn)行限定，其中包括人的生活工作環(huán)境、儀器設(shè)備的工作環(huán)境以及動(dòng)植物的生長(zhǎng)環(huán)境等。

如果環(huán)境溫度超過(guò)或低于限定值，必定對(duì)所處環(huán)境的人和設(shè)備造成影響，甚至給個(gè)人和社會(huì)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(cè)量溫度，同時(shí)對(duì)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4×4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(yǔ)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(cè)量范圍為-55℃~+125℃。當(dāng)檢測(cè)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(chǔ)器。期間采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(hào)的溫度信息，必須通過(guò)溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測(cè)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(cè)量溫度精度低，因此使用DS18B20溫度傳感器采集溫度。DS18B20是美國(guó)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(cè)量范圍-55℃~+125℃，最大分辨率為0.0625℃，在-25℃~+85℃范圍內(nèi)其測(cè)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LM386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(guò)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(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻功放放大之后，發(fā)出報(bào)警聲。