基于單片機(jī)溫度采集與報警系統(tǒng)的研究

張國容，滕瑞寧，楊升正

（三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

溫度作為被控參數(shù)，在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中扮演著越來越重要的角色。例如，在加熱爐、熱處理爐以及溫室大棚等方面，都將溫度作為主要的技術(shù)指標(biāo)[1-2]。當(dāng)前，大多數(shù)溫度檢測系統(tǒng)主要由模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成。而該溫度采集系統(tǒng)需要使用較多的測溫電纜才能將測量地的溫度通過傳感器信號送到采集卡上，安裝和拆卸過程比較復(fù)雜，成本較高。此外，由于線路上傳送的是模擬信號，容易受到自然環(huán)境和人為因素的干擾，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)誤差較大[3-4]，控制者不能及時通過溫度變化作出必要的措施。針對以上情況，自制單片機(jī)溫度控制器，通過DS18B20控制多路溫度采集系統(tǒng)，在Proteus軟件上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果各個部分均正常工作。然后，通過制作實(shí)物在實(shí)測地進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時測量與顯示以及直流電機(jī)降溫和語音播報功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)驗(yàn)

單片機(jī)溫度采集系統(tǒng)核心部件為AT89C51單片機(jī)、LCD顯示器、DS18B20傳感器、語音播報芯片以及散熱電機(jī)。當(dāng)傳感器接收到溫度這一信息時，迅速傳給系統(tǒng)并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令開始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換操作；通過與系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)通信，立即讀出當(dāng)前溫度值，并將溫度顯示在LCD顯示屏，然后人工升高或降低所測地的溫度。當(dāng)溫度值高于設(shè)定初始值時，系統(tǒng)自動啟動報警裝置播報當(dāng)前實(shí)時溫度，并進(jìn)入電機(jī)降溫中斷程序，通過風(fēng)扇進(jìn)行降溫。由于DS18B20的單總線通信功能，導(dǎo)致讀寫時序需要特別注意。

2 工作原理與主程序流程設(shè)計

設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為中樞系統(tǒng)，利用溫度傳感器采集溫度，并實(shí)時傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度的自動控制。

主程序流程圖如圖1所示。該流程圖很好地反映了溫度采集與控制，即假設(shè)x是某一通道，初始值為0，當(dāng)x=1時，采集通道1的溫度并顯示；當(dāng)溫度超過初始設(shè)定值y時，啟動電機(jī)散熱和蜂鳴器報警并顯示當(dāng)前溫度；當(dāng)按鍵按下時，x=2，采集通道2的溫度并顯示；此后，循環(huán)采集通道溫度。

3 PWM脈寬調(diào)制電機(jī)的散熱功能

PWM脈沖寬度調(diào)制是一種將模擬信號電平轉(zhuǎn)化為數(shù)字編碼的過程，大多數(shù)應(yīng)用于測量、通信等方面。本系統(tǒng)中主要應(yīng)用其占空比性能，即通過改變輸出脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速控制。如圖2所示，在電機(jī)降溫程序中，首先設(shè)置PWM的占空比和定時器的時間，判斷采集的溫度是否大于設(shè)定的某一溫度值（26 ℃）。若大于，則調(diào)用中斷程序，并產(chǎn)生PWM波使電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，達(dá)到降溫的目的；若不大于，則不會啟動終端程序，電機(jī)不轉(zhuǎn)。

圖1 溫度采集流程圖

4 溫度采集模塊的實(shí)際應(yīng)用

全面建成小康社會的穩(wěn)步推進(jìn)，促使全國各族人民的生活水平迅速提高，而對超時令蔬菜的需求量也與日俱增。溫室大棚在蔬菜培育過程中占有很大的市場份額。通過對湖北省宜昌市長陽縣火燒坪的溫度進(jìn)行采集與分析，并以該地區(qū)從2013—2017年冬季11月到次年3月份的月平均氣溫作為參考發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)近5年來每年1月和2月的極端氣溫和月平均氣溫均處于較低狀態(tài)。極端氣溫分布在-10～-5 ℃，導(dǎo)致平均氣溫約為0 ℃，嚴(yán)重影響了蔬菜的存活，甚至導(dǎo)致蔬菜無法生長。因此，良好的測溫系統(tǒng)對于保溫大棚具有重要意義，即設(shè)置溫度采集模塊為植物正常生長提供所需的溫度。當(dāng)溫度低于設(shè)定的值時，系統(tǒng)自動報警，提醒需要人工增加或降低棚內(nèi)溫度以達(dá)到植物正常生長所需要的溫度。

5 結(jié) 論

通過使用AT89C51型單片機(jī)作為核心控制系統(tǒng)對溫度控制實(shí)例化，即通過已有的資源設(shè)計了一個溫室大棚的溫度實(shí)時控制系統(tǒng)。通過設(shè)計與調(diào)試，系統(tǒng)能讀出并顯示DS18B20采集的溫度，實(shí)現(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)的存儲和串行通信，且能夠?qū)崿F(xiàn)超溫報警，并調(diào)用電機(jī)中斷程序進(jìn)行降溫，同時可通過處理按鍵來切換需要顯示的通道溫度，可廣泛應(yīng)用于溫度測量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)以及安全監(jiān)控等工程中。

圖2 電機(jī)控制流程圖