基于單片機的溫度報警控制系統的設計

文/許中璞

現階段，各行業對溫度的控制還不夠智能化，火災頻頻發生，人民的人身安全和財產損失隱患重重。針對此問題，本文設計了一種基于IAP15W4K58S4 單片機的溫度報警控制系統，實現了溫度的智能化控制，有效提高了系統的安全性和智能性。

本文主要內容有：

（1）系統總體框架構成；

（2）系統的硬件構成；

（3）系統的軟件構成。

1 系統總體框架構成

本溫控報警系統框架如圖1所示：主要組成有：IAP15W4K58S4 主控芯片、DS18B20溫度檢測模塊、溫度控制模塊、數碼管顯示模塊、蜂鳴器和指示燈構成的報警模塊。具體工作流程：首先，用鍵盤輸入模塊設置系統控制溫度的上下限值；其次，溫度檢測模塊對系統內溫度進行實時檢測，并將采集到的溫度值送給主控芯片進行分析處理。如果檢測到的溫度在預先設置溫度值的上下限值之間，說明系統正常工作，當溫度高于或低于溫度上下限時，主控芯片啟動蜂鳴器和指示燈報警；最后，主控芯片控制溫度控制模塊，對系統負載進行自動加熱或制冷操作，從而實現系統溫度的智能化調節。

2 系統硬件構成

硬件主要構成有：主控芯片、按鍵輸入模塊、溫度檢測和控制模塊、報警模塊和數碼顯示模塊，硬件電路設計原理圖如圖2所示。

2.1 IAP15W4K58S4單片機

采用STC 公司的IAP15W4K58S4 單片機（LQFP44）作為主控芯片，該單片機內置高可靠復位電路、高精準時鐘電路，片內帶有高達4KB 的SRAM 和58KB 的ROM、采 用 先進指令集結構、4 個獨立UART 等豐富資源，具有系統在線仿真和編程、無需專用仿真器等功能和超低功耗、超強抗干擾、低價格、體積小等優勢，性價比極高。

2.2 溫度檢測模塊

通過DS18B20 溫度傳感器實現。具有體積小，硬件開消小，抗干擾能力強，精度高，附加功能強等優點。DS18B20 可將檢測到的實時溫度轉為串行數字信號，送給單片機處理。溫度檢測與數據傳輸集成在一起，具有很強的抗干擾力。采用單線數據傳輸，外接10K 上拉電阻與單片機P3.7 口相連進行數據的雙向傳輸。

2.3 溫度控制模塊

主要有繼電器（K4 和K5）、三極管（Q0和Q1）和發光二極管（LED0 和LED1）構成：利用單片機控制三極管的通斷，實現溫度的自動化調節。當檢測溫度高于溫度上限時，單片機P1.0 發送低電平信號，經限流電阻R18到達Q0，Q0 導通，點亮發光LED1，K4 工作，開啟制冷系統，從而降低系統溫度；當檢測溫度低于溫度下限時，單片機P1.1 發送低電平信號，經R20 到達Q1，Q1 導通，點亮LED2，K5 工作，開啟加熱裝置，從而提高系統溫度。

2.4 按鍵輸入模塊

由K2、K3 和K4 組成，其中K2 為設置按鍵，K3 減小限值，K4 增加限值，只有按下K2 才可增減。按下K2 數碼管顯示HXc（X為上限值，c 為攝氏度），此時可進行加減操作確定溫度上限；再按下K2 顯示LYc（Y 為下限值），提示設置下限，此時也可通過加減設置溫度下限。設置好上下限值后再按下K2，退出并保存，回到正常的測溫狀態。

2.5 數碼管顯示模塊

采用4 位共陽數碼管從P2.4,P2.5,P2.6,P2.7輸出段碼。用三極管進行驅動，當端口變低時，對應的三極管導通，給數碼管相應的位供電，這時只要P0 口送出數字的顯示代碼，數碼管就能正常顯示數字。

2.6 報警模塊

由三極管Q2 驅動，基極接單片機P4.2 口，當檢測到的溫度高于或低于上下限溫度時，單片機P4.2口發出的低電平經R15驅動Q2導通，蜂鳴器Speaker 發聲報警。

3 系統軟件構成

系統軟件程序流程圖如圖3所示，具體工作過程為：一開始上電時，整個系統處于控制狀態，DS18B20 初始化，然后設置溫度的上下限值；接著，數碼管顯示當前溫度，當檢測到的溫度高于預先設置的溫度上限時，指示燈LED0 點亮，報警系統啟動，蜂鳴器發聲，系統啟動制冷裝置進行降溫；當檢測到的實時溫度低于溫度下限時，指示燈LED1 點亮，啟動報警系統，蜂鳴器發聲，同時制熱裝置開始工作進行升溫。

圖1：溫控報警系統總體框架

圖2：溫控系統硬件電路設計原理圖

圖3：系統軟件設計程序流程圖

4 總結

本文以IAP15W4K58S4 單片機作為主控芯片，設計了一種溫度報警控制系統，實現了系統溫度的智能化控制。經實驗證明：本系統結構簡單，開發成本低，穩定性好，可靠性高，通過數碼管顯示模塊方便人機交互，而且系統擴展性高，易于增加其他的功能，可廣泛應用于如冶金、石油石化、電廠、供暖等對溫度實時控制要求較高的工業控制系統或機房、空調等用電設備較長時間工作的民用場合，具有很高的應用價值。