自制单片机温度报警器设计与制作

摘要:  本项目介绍了一种基于单片机的温度报警系统，本设计由ATS89C52单片机担当主控芯片， DS18B20传感器为协调控制外围温度采集电路，并且辅以数码管显示温度和按键控制温度范围，主要完成的功能是对温度的实时采集以及显示，并且对温度设定一个范围值当温度不在这个范围值之内则利用蜂鸣器与LED小灯进行报警，其优点在于线路简单，测量精度高，误差小，抗干扰性强，体积小，实用性强等。

随着科技的进步以及微电子器件的飞速发展，以单片机为设计核心的一系列电子产品，在人们日常生活中也变得越来越常见。其中，温度报警器就是其中之一。本次设计主要以单片机为核心，系统接入电源后，按键输入想要设定的上下限，再根据温度检测器将所测温度传入系统中，随后进行显示，通过比较分析后，得到的数据如果不在范围内，即刻进行报警提示，报警主要包括蜂鸣器报警。其中的主控板是ATS89C52单片机,传感器是DS18B20温度传感器,显示器采用数码管，电声元件采用蜂鸣器。

单片机控制无疑所给人带来了方便，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本次项目将完成一种基于单片机控制的温度报警器设计与制作，本温度报警器，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时进行报警。

通过采用基于单片机控制、蜂鸣器作为电声元件的温度报警器，这种温度报警器有结构简单，可操作性强，可见测量温度的范围广，精度高，读数方便，测温准确的特点。工作时，温度测量范围为温度测量范围0到99.9摄氏度，精度为0.1摄氏度。可设置上下限报警温度。当当前环境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机发出报警信号。

本项目应用场景广，例如及时监测由电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温；机房内电脑、空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，发生故障，发热过快，在短时间内温度升高超出设备正常温度，引发的高温。从而防止火灾的发生，以防带来的不必要的损失。

图1系统总原理框图

万用表

电焊台

单片机

2.2 材料

制作材料有：

3.1主控模块

此设计制作基于51单片机，因此单片机的选择至关重要，ATS89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本，因此选用ATS89C52。

3.2测温模块

由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。

进而考虑到用温度传感器，因此采用温度传感器DS18B20，此传感器是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，抗干扰能力强，精度高,接线方便可以很容易直接读取被测温度值的特点。因此选择 DS18B20以满足设计制作要求。

DS18B20温度检测采用单线进行数据传输，与单片机的一个I/0口相连进行数据的双向传输。该温度传感器转换的过程是:在每一次使用时，都要进行重置，在这之后,需要向DS18B20发送两个指令，分别是ROM指令和RAM指令。得到相应的数值，主控部分再将数据线下拉500μs,再释放数据线，最后重置结束。其条件是当传感器接收到信号后等待16μs-60us左右，发出60us-240us的存在低电平脉冲。DS18B20温度传感器，其三个引脚分别为GND(接地)、VCC(可选用的VCC引脚)、DQ(数据输入/输出)，传感器的DQ接口与单片机P3.7口相连接。如原理图设计：

图3 DS18B20电路

3.3显示模块

图4 数码管显示

采用四位一体共阳数码管显示，数码管由7段条形发光二极管和一个圆点发光二极管组成，控制ABCDEFG发光二极管的亮灭，可以显示0-9字符，控制DP发光二极管的亮灭能控制是否显示小数点，其工作电压一般为5V。价格低廉，简单可靠。

3.4报警模块

目前市场上有各种各样的报警电路，比如声光触发，红外触发，触摸断线触发等等，以便提醒使用者当前系统所出现的错误或引起操作者的注意，本次设计的是温度报警器，只需要在测量的温度超出范围时提醒即可，因此不需要复杂的功能，只需要一个蜂鸣器一个LED小灯即可。当温度超过温度上下限后就会报警与亮灯。蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声。   

图5 报警模块

3.5相关电路设计

本设计采用的是常见的12M 的石英晶振，引脚 XTAL1 和 XTAL2 是此放大器的输人端和输出端，外接石英晶体或陶瓷谐振器以及电容C1和C2 构成并联谐振电路 ，接在放大器的反馈回路中。为了振荡器的稳定性、起振圈内部振荡的接法的快速性和温度稳定性。C1和C2 取30pF。另外一个不可或缺的重要电路就是复位电路，本设计中选取的复位模式是上电复位加按键复位的模式进行设计的，选用 10UF的电解电容加10K的下拉电阻复位效果是比较好的,而复位按键则是并联在电容两端，运行时直接按下复位脚即可得到高电平单片机进入复位模式，复位按键的好处在于他可以让单片机系统随时进入复位模式。

图6 复位等相关电路

3.6程序设计

系统程序流程图如图8所示：

图7系统程序流程图

首先,整个系统开始初始化,调用温度检测模块的子程序检查DS18B20是否在线并返回一个结果作为应答,接着由DS18B20测出环境温度并处理转换数据通过IIC通信给单片机,在此同时由键盘模块的子程序扫描键盘看设置的温度上下限然后由主程序判断外界温度是否越限,如果越限,便调用声光报警模块的子程序,如果没有将循环往复的检测和判断。

4.1设计与制作结果

本次设计型主是硬件与软件。硬件是电路板的焊接等，主程序方面为单片机的编写。在测试中首先使用万用表进行电路板焊接的检查测试，以降低后续出错率。在单片机的编写中，主要是把编写好了的程序进行查看，并在硬件中来进行运行，之后再查看整个运行的状态。

图8 单片机编写（局部）

对源程序编译调试后,使用Proteus软件进行仿真,仿真结果如图9所示;此时上限温度为36摄氏度,系统实测温度为37.3摄氏度,发光二极管闪烁蜂鸣器鸣叫触发报警。

图9 总体仿真图

然后,使用AltiumDesigner完成电路原理图的设计如图：

图10 总体原理图

并最终完成实物制作及调试。

4.2结果分析

本次基于单片机的温度报警器设计系统不仅结构简单，功能实用，便于设计，设计成本低下，且经过实际的运行和检验，能够达到实际使用的要求和目标。在工作运行中装置反应灵活，性能稳定，温度检测精确度高，报警灵敏性高。

另一方面，还可就温度报警器的体积进一步减小，温度检测精度进一步提高等方面作深入研究，另外在温度报警器的模块上还可添加更多的功能，比如可显示时间，可报时，根据不同的需求增加不同的功能等。