1、基于單片機的多路實用溫度監測系統的設計與實現摘 要 目的研究一種基于AT89S52單片機的多路溫度監測系統，用于監測環境溫度。方法多路溫度監測系統由主控制器、溫度采集電路、溫度顯示電路、報警控制電路及鍵盤輸入控制電路組成。系統利用單片機AT89S52做控制及數據處理器、智能溫度傳感器DS18B20做溫度檢測器、LED數碼顯示管做溫度顯示輸出設備。結果系統經過測試，測溫范圍大（-50+110），測量精度高（誤差在1以內）。結論硬件電路比較簡單，成本較低，讀數顯示直觀，使用方便。關鍵詞 溫度監測系統；溫度傳感器；單片機0 前言溫度是一種最基本的環境參數，與人們的生活息息相關，在工農業生產和日常生活

2、及醫療環境中，對溫度的測量及控制占據著極其重要地位。因此，研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。溫度測量的關鍵裝置是溫度傳感器，溫度傳感器的發展經歷了 3 個發展階段 ：傳統的分立式溫度傳感器；模擬集成溫度傳感器；智能集成溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式，從集成化向智能化、網絡化的方向飛速發展。為此，本研究設計并開發了基于 AT89S52 單片機的多路溫度監控系統。1 多路溫度監控系統硬件電路設計與實現按照系統設計功能的要求，系統由 5 個模塊組成 ：主控制器、溫度采集電路、溫度顯示電路、報警控制電路及鍵盤輸入控制電路。數字式多路溫度采集系統總體電路結構框圖，見圖 1

3、。圖1 多路溫度監控系統結構框圖由 圖 可 知， 智 能 溫 度 傳 感 器（DS18B20）1-2 采集環境溫度并進行簡單的模數轉換 ；單片機（AT89S52）3-5執行程序對溫度傳感器傳輸的數據作進一步的分析處理，轉換成與環境對應的溫度值，通過 I/O 口輸出到數碼顯示管（LED）顯示 ；由按鍵輸入控制選擇某采集電路檢測溫度及顯示 ；報警電路對設定的最高和最低報警溫度進行監控報警。1.1 溫度采集電路一般的溫度采樣處理電路由溫度傳感器、放大電路、A/D 轉換電路等組成。采用分塊結構的溫度采樣處理電路，其硬件電路結構復雜，也不便于數據的處理。采用智能溫度傳感器采樣處理電路，能夠方便地進行溫度

4、的采集及簡單的數據處理。并且可以達到設計的技術指標要求。本系統選擇智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集電路的核心器件，由 DS18B20 及輔助電路構成溫度采集電路，見圖 2。圖中給出了 2 路溫度采集電路，2 只智能溫度傳感器DS18B20 的信號輸出端分別連接到單片機的 P1.4、P1.5 端，電阻 R7、R8 作為上拉電阻。工作時，由按鍵程序控制讀取某智能溫度傳感器 DS18B20 采集的溫度數據，送單片機處理。1.2 單片機控制電路單片機控制電路核心是單片機芯片，附加上工作基本電路，就可以展開控制工作。AT89S52 單片機6-8 內部結構及主要性能特點 ：40 個引腳，雙列直

5、插式封裝 ；有 4 個8 位 I/O 接口 ；有全雙工增強型 UART 芯片，可編程串行通信 ；2 個 16 位定時 / 計數器 ；5 個中斷源，2 個中斷優先級 ；有片內時鐘振蕩器（全靜態工作方式，024 MHz）；有 128字節內部 RAM，4KB Flash ROM（可以擦除 1000 次以上，數據保存 10 年）；電源控制模式靈活（空閑模式、掉電模式，時鐘可停止和恢復）AT89S52 單片機正常工作時，必須連接基本電路。基本電路包括晶振電路和復位電路，見圖 3。1.3 輸入控制電路輸入控制電路由按鍵及其接口構成，鍵盤是單片機最簡單的輸入設備。常用鍵盤分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。本系統的

6、輸入控制簡單，采用獨立式鍵盤及接口電路。輸入電路由 2 個按鈕開關、2 個 10 的限流電阻組成 ；鍵掃描識別采用軟件查詢的方法。按鍵輸入控制電路，見圖 4 ；各鍵功能，見表 1。1.4 顯示電路顯示電路采用 LED 數碼管顯示。LED 數碼顯示管有靜態顯示方式和動態顯示方式，本系統采用并行輸出的靜態顯示方式，4 個數碼管的引腳 ag、dp 分別接到單片機P0.0P0.7 的 8 個端口上，數碼管的共陰極分別接到單片機的 P2.0O2.3 端口上。顯示電路結構圖，見圖 5。由于 4 個數碼管的數據引腳都是接在單片機的P0.0P0.7 端口上，只要 4 個數碼管的共陰極是低電平，4個數碼管就會顯

7、示相同的數字。而溫度監控系統實際工作時，需要 4 個數碼管同時顯示不同的數，要實現 4 個數碼管顯示不同的數，就需要每次顯示一個數碼管，然后關閉，顯示下一個數碼管，直到 4 個逐個顯示完畢。因為顯示每個數碼管的響應時間很短，如果多次重復以上的顯示步驟，在人眼看來 4 個數碼管就是同時顯示不同的數了。1.5 報警控制電路按照報警電路的功能要求，報警控制電路采用壓電式蜂鳴器作發聲體，用三極管對蜂鳴器發聲進行控制。報警控制電路9 由單片機 AT89S52 的 P1.1 端作輸出，通過一個限流電阻與三極管 C945 的基極相連接。三極管 C945 集電極連接壓電蜂鳴器（BUZZER）的一端。壓電蜂鳴器

8、的另一端連接電源。報警控制電路，見圖 6，其工作原理和工作過程如下 ：（1）壓電蜂鳴器工作原理。壓電蜂鳴器以壓電陶瓷制作而成。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉換能力的特殊陶瓷。當壓電陶瓷在一定方向上受到一個壓力使其晶體結構發生形變時，它就會在內部產生相應的電流，電流的變化與壓力的變化密切相關。反之，當在壓電陶瓷上加上一定頻率的電壓，就會在內部產生一定頻率的電流，從而就會引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動空氣發生振動。如果頻率適當，就產生蜂鳴聲，可以被人耳所聽見。（2）報警控制電路工作過程。報警控制信號由單片機AT89C51 的 P1.1 端輸出，通過一個限流電阻加到三極管的基極。當 P1.1

9、 端的輸出信號發生變化時，則三極管將交替的工作于截止、飽和狀態，形成高低電平的波，從而使壓電蜂鳴器發出聲音。2 數字式多路溫度采集系統程序設計本系統軟件采用 C51 匯編語言設計10-13，整個軟件實現模塊化，主要包括以下子程序 ：初始化子程序、溫度轉換命令子程序、讀出溫度子程序、計算溫度子程序、顯示數據刷新子程序、報警控制子程序。主程序主要功能是控制調用子程序，實現溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20 的測量溫度值（溫度測量每 1 s 進行 1 次）。其程序流程圖，見圖 7。3 測試結果對系統溫度性能測試結果與已有的成品溫度計同時測量結果進行比較，由于系統 DS18B20 的精度很高，所

10、以誤差指標可以限制在 0.1 以內，另外，-55+125 的測溫范圍使得該系統完全適合一般的應用場合。系統主要技術指標 ：2 路溫度采集電路及以上 ；采集測溫范圍為 -50+110 ；溫度精度，誤差在 0.1 以內 ；顯示模塊，采用 LED 數碼管顯示 ；報警模塊，超過預警值自動蜂鳴報警。4 結束語數字式多路溫度采集系統具有溫度采集、顯示、簡單的人機對話及報警功能。它的測溫范圍在 -55+125，測量精度可通過編程調節，最高精度可達到 0.0625 /LSB。本系統主要適用于采集顯示溫度，不具備控制調節溫度功能，但能夠進行硬件和軟件功能擴展。在硬件擴展后，通過軟件編程實現控制功能擴展，如當環境

11、溫度達到一定值時，通過軟件編程進行判斷，從主控制器的一個 I/O 端口輸出一個控制指令，去驅動外部的控制電路工作，從而調節環境溫度，使環境溫度達到人們所需的要求。因此，在人們健康意識日益提高的今天有很好的市場推廣前景。附錄托普物聯網簡介托普物聯網是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項目。浙江托普儀器是國內領先的農業儀器研發生產商，依據自身在農業領域的研發實力，和自主研發的配套設備，在農業物聯網領域嶄露頭角！托普物聯網以客戶需求為源頭，結合現代農業科技、通信技術、計算機技術、GIS信息技術，以及物聯網技術，竭誠為傳統行業提供信息化、智能化的產品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養

12、殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產養殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯網三大系統產品我們知道物聯網主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應用層。因此托普物聯網產品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統（環境監測傳感設備）、傳輸系統（數據傳輸處理網絡）、應用系統（終端智能控制平臺。）托普物聯網模塊化智能集成系統托普物聯網依據自身研發優勢，開發了多種模塊化智能集成系統。1、傳感模塊：即環境傳感監測系統。它依據各類傳感設備可以完成整個園區或完成對異地園區所需數據監測的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統。它可以完成整個園區或遠程控制異地園區進行自

13、動灌溉、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開窗關窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農業生產所需的自動控制。3、視頻監控模塊：即實時視頻監控系統。主要是通過監控中心實時得到植物生長信息，在監控中心或異地互聯網上既可隨時看到作物的實時生長狀況。4、預警模塊：即遠程植保預警系統。可以通過聲光報警、短信報警、語音報警等方式進行預警。5、溯源模塊：即農產品安全溯源系統。該系統對農產品從種植準備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實施實時信息自動記錄，有據可查，在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術對各個階段數據記錄，這樣

14、就能實現消費者拿到農產品時通過終端設備或網絡就能查看到各類信息，才能放心食用。6、作業模塊：即中央控制室。可通過總控室對整個區域情況進行監測，包括各個區域采集點參數、控制作業狀態、實時視頻圖像、施肥噴藥狀況、報警信息等。參考文獻1 趙海蘭,趙祥偉.智能溫度傳感器DS18B20的原理與應用J.現代電子技術,2003,14(3):32-34.2 馬云峰.單片機與數字溫度傳感器DS18B20的接口設計J.計算機測量與控制,2002,10(4): 278-280.3 凌玉華.單片機原理及應用系統設計M.長沙:中南大學出版社,2006:222-228.4 胡漢才.單片機原理及系統M.北京:清華大學出版社,2002: 28-38.5 樓然苗,李光飛.單片機課程設計指導M.北京:北京航空航天大學出版社,2007.6 方慶山,汪玉.基于STC89C52單片機的靜脈輸液監控系統的設計J.中國醫療設備,2011,26(6):40-42.7 許海波,廖傳書.基于AT89S52單片機的遠程監控系統J.安防科技,2007,17(9):17-19.8 周文光,魏培德,許新建,等.一種基于AT89S52膀胱功能訓練器的設計J.中國醫療設備,2012,27(3):17-20.9 徐瑋.51單片機綜合學習系統-蜂鳴器、繼電器篇