基于单片机的多路实用温度监测系统的设计与实现

基于单片机的多路实用温度监测系统的设计与实现[摘要] 目的研究一种基于AT89S52单片机的多路温度监测系统，用于监测环境温度。方法多路温度监测系统由主控制器、温度采集电路、温度显示电路、报警控制电路及键盘输入控制电路组成。系统利用单片机AT89S52做控制及数据处理器、智能温度传感器DS18B20做温度检测器、LED数码显示管做温度显示输出设备。结果系统经过测试，测温范围大（-50~+110℃），测量精度高（误差在1℃以内）。结论硬件电路比较简单，成本较低，读数显示直观，使用方便。

[关键词] 温度监测系统；温度传感器；单片机

0 前言

温度是一种最基本的环境参数，与人们的生活息息相关，在工农业生产和日常生活及医疗环境中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。因此，研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

温度测量的关键装置是温度传感器，温度传感器的发展经历了 3 个发展阶段：传统的分立式温度传感器；模拟集成温度传感器；智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。为此，本研究设计并开发了基于AT89S52 单片机的多路温度监控系统。

1 多路温度监控系统硬件电路设计与实现

按照系统设计功能的要求，系统由 5 个模块组成：主控制器、温度采集电路、温度显示电路、报警控制电路及键盘输入控制电路。数字式多路温度采集系统总体电路结构框图，见图1。

图1 多路温度监控系统结构框图

由图可知，智能温度传感器（DS18B20）[1-2] 采集环境温度并进行简单的模数转换；单片机（AT89S52）[3-5]执行程序对温度传感器传输的

数据作进一步的分析处理，转换成与环境对应的温度值，通过I/O 口输出到数码显示管（LED）显示；由按键输入控制选择某采集电路检测温度及显示；报警电路对设定的最高和最低报警温度进行监控报警。

1.1 温度采集电路

一般的温度采样处理电路由温度传感器、放大电路、A/D 转换电路等组成。采用分块结构的温度采样处理电路，其硬件电路结构复杂，也不便于数据的处理。采用智能温度传感器采样处理电路，能够方便地进行温度的采集及简单的数据处理。并且可以达到设计的技术指标要求。本系统选择智能温度传感器DS18B20 作为温度采集电路的核心器件，由DS18B20 及辅助电路构成温度采集电路，见图2。

图中给出了 2 路温度采集电路，2 只智能温度传感器DS18B20 的信号输

出端分别连接到单片机的P1.4、P1.5 端，电阻R7、R8 作为上拉电阻。工作时，由按键程序控制读取某智能温度传感器DS18B20 采集的温度数据，送单片机处理。

1.2 单片机控制电路

单片机控制电路核心是单片机芯片，附加上工作基本电路，就可以展开控制工作。AT89S52 单片机[6-8] 内部结构及主要性能特点：40 个引脚，双列直插式封装；有 4 个8 位I/O 接口；有全双工增强型UART 芯片，可编程串行通信；2 个16 位定时/ 计数器；5 个中断源，2 个中断优先级；有片内时钟振荡器（全静态工作方式，0~24 MHz）；有128字节内部RAM，4KB Flash ROM （可以擦除1000 次以上，数据保存10 年）；电源控制模式灵活（空闲模式、掉电模式，时钟可停止和恢复）

AT89S52 单片机正常工作时，必须连接基本电路。基本电路包括晶振电路和复位电路，见图3。

1.3 输入控制电路

输入控制电路由按键及其接口构成，键盘是单片机最简单的输入设备。常用

键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘。本系统的输入控制简单，采用独立式键盘及接口电路。输入电路由 2 个按钮开关、2 个10 Ω的限流电阻组成；键扫描识别采用软件查询的方法。按键输入控制电路，见图 4 ；各键功能，见表1。

1.4 显示电路

显示电路采用LED 数码管显示。LED 数码显示管有静态显示方式和动态显示方式，本系统采用并行输出的静态显示方式，4 个数码管的引脚a~g、dp 分别接到单片机P0.0~P0.7 的8 个端口上，数码管的共阴极分别接到单片机的P2.0~O2.3 端口上。显示电路结构图，见图5。

由于 4 个数码管的数据引脚都是接在单片机的P0.0~P0.7 端口上，只要 4 个数码管的共阴极是低电平，4个数码管就会显示相同的数字。而温度监控系统实际工作时，需要 4 个数码管同时显示不同的数，要实现 4 个数码管显示不同

的数，就需要每次显示一个数码管，然后关闭，显示下一个数码管，直到 4 个逐个显示完毕。因为显示每个数码管的响应时间很短，如果多次重复以上的显示步骤，在人眼看来 4 个数码管就是同时显示不同的数了。

1.5 报警控制电路

按照报警电路的功能要求，报警控制电路采用压电式蜂鸣器作发声体，用三极管对蜂鸣器发声进行控制。报警控制电路[9] 由单片机AT89S52 的P1.1 端作输出，通过一个限流电阻与三极管C945 的基极相连接。三极管C945 集电极连接压电蜂鸣器（BUZZER）的一端。压电蜂鸣器的另一端连接电源。报警控制电路，见图6，其工作原理和工作过程如下：

（1）压电蜂鸣器工作原理。压电蜂鸣器以压电陶瓷制作而成。压电陶瓷是一类有将压力与电流相互转换能力的特殊陶瓷。当压电陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生形变时，它就会在内部产生相应的电流，电流的变化与压力的变化密切相关。反之，当在压电陶瓷上加上一定频率的电压，就会在内部产生一定频率的电流，从而就会引起压电陶瓷微小形变，这一形变带动空气发生振动。如果频率适当，就产生蜂鸣声，可以被人耳所听见。

（2）报警控制电路工作过程。报警控制信号由单片机AT89C51 的P1.1 端输出，通过一个限流电阻加到三极管的基极。当P1.1 端的输出信号发生变化时，则三极管将交替的工作于截止、饱和状态，形成高低电平的波，从而使压电蜂鸣器发出声音。