多点温度检测系统的设计

    唐影

    

    

    

    摘 要：文章对多点温度检测系统的设计进行研究，多点温度检测系统为单片机控制7个温度传感器，读取温度后发送至液晶显示屏进行显示，每个点都可以设置相应的温度值，当任意一点的温度超过该点的设定值时，声光报警和语音报警同时启动，使报警系统更加精确、完美。

    关键词：温度检测；单片机；语音报警

    在仓库、车间等密闭的较大空间或储物场合，需要在空间内设置多个温度采集点来测温。将单片机运用到测温领域上，可以解决很多棘手的问题，比如系统的滞后性和精确度等[1]。单片机技术在工艺、内部结构和电源电压上都在不断地发展[2]。

    在整体的设计中，充分了解了单片机STC89C52RC的工作原理和它具体的管脚功能，以及MY1690-12P语音播报模块的使用和DS18B20温度传感器的应用，完成了有7个点的温度检测系统的设计，并在protues上进行系统的仿真，最后完成了实物的制作。

    1 系统设计要求

    多点温度检测系统实时监控7个测温点，将各个点温度顯示出来，并且在温度超过设定值时使用声光提示报警。系统满足以下条件：（1）温度测量范围﹣50～99 ℃，采集精度1 ℃。（2）测量温度点7个左右，并能显示当前各个点的温度。（3）可以修改设定值。（4）无论哪个点超过了设定值温度，声光报警系统启动，并语音提示是哪个测温点超过设定值。

    多点温度检测系统采用ST89C52单片机实现。一个单片机可以对多个DS18B20温度传感器进行控制，运用主从分布式思想，仅由一个单片机控制7个温度传感器进行分工合作，从而实现7个温度的检测与控制。

    2 系统的整体构架

    在设计过程中选取了STC89C52单片机作为系统的核心，它主要控制温度传感器、液晶显示电路，蜂鸣器以及语音模块这4个模块。这4个模块的电路必须要按照编译好的程序来执行各自的工作内容。系统的整体构架如图1所示。各部分电路的功能以及作用如下。

    （1）单片机电路：单片机电路是此次设计的重点部分，它相当于一台小型的计算机，包括输入输出电路、定时、扫描、时间设置等电路。用户先是给单片机输入指令，然后由单片机完成相应的操作程序后，通过外部的硬件电路，实现对下面各个模块的控制。当系统遇到故障或者给单片机的信号不准确，系统就无法正常工作[3]。

    （2）电源电路：系统外接+5 V电源供电。

    （3）复位电路：复位电路对于单片机的稳定性是很重要的。它可以使单片机内部的各个参数保持初始的位置，避免因为外部因素引起的程序紊乱。

    （4）时钟电路：为单片机提供工作时所需要的时钟脉冲信号，相当于是单片机的心脏，供单片机作定时和计时使用。

    （5）温度传感器电路：系统设计了7个温度传感器电路，通过它能测得温度的数据，是系统的核心电路。

    （6）液晶显示电路：选用LCD1602，它可以将实时测得的温度值显示出来。

    （7）报警电路：用户可以自己设置7个点中任意一个的温度值，当实际温度值超过设定好的温度值时，控制芯片驱动蜂鸣器报警，同时报警灯会亮，语音报警会提示具体哪个点超过了设定温度值。

    3 系统硬件设计

    系统硬件部分主体上分为6个模块：单片机最小系统模块、温度显示模块、温度测量模块、声光报警模块、语音警报模块和按键模块。

    3.1 单片机最小系统模块

    最小系统就是单片机的驱动电路。它主要包括供电系统、时钟电路和复位电路3部分。复位电路连接到单片机的REST口，采用的是按键复位。时钟电路连接到的是XTAL1和XTAL2口。最小系统的电源连接采用的是USB的插口，十分方便；外接晶振频率为11.059 2 MHz。

    3.2 温度显示模块电路设计

    温度显示模块能够直观地了解具体的温度值，系统滚动显示7个点的温度。系统设置3个按键：设置键、增加键、减少键。按下设置键，显示屏会马上切换至设置界面并显示第一个点的设定温度，再按设置键切换至第2个点的设定温度，以此类推。按增加、减少键就能设定每个点的温度值。这里采用LCD1602显示屏，它一共有16个引脚，按照每个引脚的具体功能连接到单片机上。

    3.3 温度测量模块电路设计

    供电电路选择用一个外部电源向它的VDD引脚供电，这种方法的优点是单总线上不再需要强上拉，总线不用在温度转换的时间段一直保持高电平。

    多点温度检测系统采用STC89C52RC单片机的并口来同时控制7个温度传感器。该系统中7个温度传感器的接法大都一致，只有DQ脚分别链接到单片机的P1.0至P1.6口。

    3.4 报警模块的设计

    多点温度检测系统采用声音报警、闪烁和语音报警。用单片机与有源蜂鸣器以及一盏LED灯连接，只要哪个点的温度超过了该点的预定温度值，传感器把信号送给单片机后，单片机立即通过置位P3.7口使得蜂鸣器发出报警声音，同时置位P3.6口使得LED灯闪烁来报警提醒，声音和亮光同时发出。

    语音报警可以具体播报哪个点超过了预定温度值的功能，采用MY1690-12P的MP3语音模块来语音报警。此模块一共有12个引脚，在实际的设计中只用到了其中的6个引脚。它上面的1号引脚和2号引脚（SPK1和SPK2）外接了一个无源喇叭来播报语音，5号引脚外接一个+5 V电源，12号引脚接地。它的7号引脚（RX）为UART异步串口数据输入，连接到单片机的10号引脚（RXD脚），它的8号引脚（TX）为UART异步串口数据输出，连接到单片机的11号引脚（TXD脚）。

    3.5 按键模块的设计

    各个按键是相互独立的，每个按键单独占用一根I/O线，每根I/O线的按键工作状态也是相互独立的，不会影响到其他I/O线上的工作状态。按键模块一共使用了5个按键（S1，S2，S3，S4，S5）。其中S1为系统的复位按键，按键S2连接的是单片机的P2.3接口，为系统的设置键，通过按下它来进入到设置界面对第一个点进行设置，再按下它进入第二个点的设置，以此类推。按键S3连接的是单片机的P2.2接口，为系统的增加键，在进入设置界面后通过按下它来增加相应点的温度设定值。按键S4连接的是单片机的P2.1接口，为系统的减少键，在进入设置界面后通过按下它来减少相应点的温度设定值。按键S5连接的是单片机的P2.0接口，为系统的备用键，没有设置任何的功能。

    4 软件程序设计及调试

    系统主程序的执行流程如图2所示，主程序先对显示屏和7个温度传感器进行初始化，再重复调用温度传感器的写命令和读数据两个模块，由于温度是模拟量，无法进行传输，所以就需要把温度转换成数字量后送到液晶显示屏进行直观地显示。然后可以按下设置键一个一个地设置7个点的温度值，当任意一个点超过设定值时，声光报警模块开始工作，同时语音播报具体哪个点超过了预定温度。

    5 仿真调试与实物效果

    使用proteus仿真电路，当任意一个点超过该点的温度设计值时，蜂鸣器马上发出警报，同时LED灯开始闪烁。系统运行后的仿真电路如图3所示。

    通过USB接口给实物PCB板供电，刚通电时工作灯D1就会一直亮着直到断电为止，并且会语音提示“开始检测温度传感器，开始采集”。然后液晶显示屏会显示出从1—7的数字，并显示“Welcome To Use”的英文。接着是系统的初始化，初始化完成后就开始循环显示7个点的温度值，当7个点的温度都没超过设定值时，板子右上角的蜂鸣器不会发出声音，报警灯D3也不会亮。因为只是模拟的系统，温度传感器的温度不能轻易地去改变，于是就把设定温度值调到当前室温以下，模拟报警。按下S5设置键，进入到第一个点的设置界面，按下S3的减少键，把设定温度值调到室温以下，再按设置键到第2个点的设置界面，以此类推。退出设置界面后系统会马上发出声光报警，喇叭循环播报第一个点超过了设定温度值。

    6 结语

    7个温度传感器能迅速且准确测量出当前的温度，并且通过与单片机相连，把测到的温度值经过转换处理后发送给单片机，然后被送到液晶显示屏进行滚动显示。通过按下设置键可以进入设置界面，再按增加、减少键来设置每个点的设定温度值时，当传感器测到的温度超过该点的设定温度值，声光报警模块立即启动，语音系统自动播报该点的警报。

    从结果上来看，依据DS18B20单总线协议和单片机的应用知识，成功地实现了多点温度检测系统的功能，并且还开发了语音报警功能。在实际生活中，需要测量的点不可能仅有7个，所以只要把温度传感器与单片机按照上面的方式连接好，然后再增加一些程序就能够轻松实现更多点的测量检测。本设计具有较强的实用性和拓展性。

    [參考文献]

    [1]王峰，孟立凡.基于单片机的温度调温系统的设计与实现.[J]电子世界，2011（10）：103-109.

    [2]王秀霞.基于DS18B20的多路无线温度检测系统[J].湖南大学学报（自然科学版），2011（12）：362-367.

    [3]曹海平.基于单片机和DS18B20的分布式多点温度检测系统的设计[J].自动化技术与应用，2008（11）：90-92.