一、摘要
我们介绍的是一种基于单片机控制的数字温度报警，本温度系统具有多功能性，即可以当数字温度计使用，显示当前环境温度，又可以作为报警器使用，设置报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警，并采取措施使温度下降。
该温度报警系统控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使DS18B20，用2位共阳极LED数码管,实现温度显示,能准确达到以上要求。
二、设计方案
1、方案一
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。
2、 方案二
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
温度报警系统电路设计总体设计方框图如图1所示
三、模块功能分析
1、单片机主板电路
单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，该模块包括中央处理CPU -AT89C51、时钟电路及复位电路；2、DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。
DS18B20是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
该电路完成了信号的采集、转换和传输。
图4
3、上下限报警调整电路
分别调整温度的上下限报警设置，有“+“、”“-”、“确定”等键
图5上下限报警调整电路
4、温度显示电路
显示当前测得的温度，数码管采用74LS247驱动
5、报警电路
当环境温度超过设定温度时，蜂鸣器鸣叫，红灯点亮，发生报警；当人员发现警报时，可按图8中的按钮，暂时中断蜂鸣器的鸣叫。6、控制电路
该电路的作用是：当测量温度超过设定温度时，小风扇以下转动，加快仪器散热，使温度保持在设定温度以下。
图9控制电路
四、整体构造及功能
整体电路图如下：
实现的总体功能：
l 实现对环境温度的测量和显示
l 能通过按键设置报警温度
l 温度超过设置值时，产生光声报警
l 报警同时系统自带小风扇转动以降低温度
主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见下图所示
附录：
源程序
/*******************************************************************/
/*温度报警器*/
/*******************************************************************/
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define Tube P0 //数码管端口
#define Key P1 //键盘端口
sbit DQ = P1^4; //温度传感器DS18B20数据传输端
sbit BUZZER = P1^5; //蜂鸣器端口
sbit RUN = P1^6; //运行指示灯端口
sbit SET = P1^7; //设置指示灯端口
sbit Feng = P3^3; //风扇端口
bit Status; //设置状态标志位
bit Warning; //警报标志位
bit Int; //外部中断标志位
uchar OP1L; //原P1端低4位状态
uchar NP1L; //现P1端低4位状态
uchar FinT; //最终测得温度
uchar LimT; //警报温度下限
uchar Count; //定时器计数
/*******************************************************************/
#include"Delay.h"
#include"Display.h"
#include"Initialize.h"
#include"Error.h"
#include"KeyScan.h"
#include"Measure.h"
#include"Interrupt.h"
/*******************************************************************/
/*主程序*/
/*******************************************************************/
void main()
{
Initialize(); //初始化
do{ //开机自检，跳过默认初始的85℃
Measure();
}while( FinT == 0X55);
while(1){
KeyScan(); //键盘扫描
Measure(); //获取测量温度
Display(); //显示
}
}
/*******************************************************************/
/*初始化*/
/*******************************************************************/
void Initialize()
{
Status = 0; //初始化设置状态标志位
Warning = 0; //初始化警报标志位
BUZZER = 1; //初始化蜂鸣器状态
RUN = 0; //初始化运行指示灯
SET = 1; //初始化设置指示灯
Feng = 1; //初始化风扇端口
OP1L = 0X00; //初始化原P1低4位
NP1L = 0X00; //初始化新P1低4位
LimT = 0X1B; //初始化警报温度下限为27℃
Count = 0X00; //初始化定时器计数单元
EA = 1; //开总中断
EX0 = 1; //开外部中断0中断允许
IT0 = 1; //设置外部中断0为边沿触发方式
}
/*******************************************************************/
/*温度测量*/
/*******************************************************************/
void InitDS18B20(); //初始化DS18B20
void WriteDS18B20( uchar ch ); //写DS18B20数据
uchar ReadDS18B20(); //读DS18B20数据
void Measure()
{
uchar TemH; //保存传感器发送数据高8位
uchar TemL; //保存传感器发送数据低8位
InitDS18B20();
WriteDS18B20( 0XCC ); //跳过ROM
_nop_();
InitDS18B20();
WriteDS18B20( 0XCC ); //跳过ROM
_nop_();
WriteDS18B20( 0X44 ); //发送温度转换指令
Delay1ms( 25 );
Delay1ms( 25 );
Delay1ms(25 );
Delay1ms( 25 ); //等待1s转换
InitDS18B20();
WriteDS18B20( 0XCC ); //跳过ROM
WriteDS18B20( 0XBE ); //发送温度转换指令
TemL = ReadDS18B20(); //读低位温度值
TemH = ReadDS18B20(); //读高位温度值
Delay1ms( 2 );
TemH = ( TemH<<4 )|( TemL>>4 ); //保留温度值整数部分
FinT = TemH;
if( FinT > LimT ){ //判断是否警报
Warning = 1;
}
else{
Warning = 0;
}
}
uchar ReadDS18B20() //读DS18B20数据
{
uchar ch;
uchar q ;
for( q=0; q<8; q++ ){
ch = ch >> 1;
DQ = 0;
_nop_();
DQ = 1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
if( DQ == 1 ){
ch = ch | 0X80;
}
else{
ch = ch &0X7f;
}
Delay15us( 3 );
DQ = 1;
}
return( ch );
}
void WriteDS18B20( uchar ch ) //写DS18B20数据
{
uchar i;
for( i=0; i<8; i++ )
{
DQ=0;
Delay15us( 1 );
DQ = ch & 0X01;
Delay15us( 3 );
DQ = 1;
ch = ch >> 1;
_nop_();
}
}
void InitDS18B20() //初始化DS18B20
{
DQ = 0;
Delay15us( 33 ); //至少延时480us
DQ = 1;
Delay15us( 10 ); //至少延时100us
}
/*******************************************************************/
/*显示*/
/*******************************************************************/
void Display()
{
uchar T;
if( Status == 1 ){ //判断状态
T = LimT;
}
else{
T = FinT;
}
T = T % 10 + T / 10 *16; //将2进制码转化为BCD码
Tube = T; //数码管显示
RUN = Warning; //运行指示灯显示
BUZZER = !Warning ||Int; //蜂鸣器
Feng = !Warning; //风扇
SET = !Status; //设置指示灯显示
Delay1ms( 20 );
}
/*******************************************************************/
/*键盘扫描*/
/*******************************************************************/
void KeyScan()
{
NP1L = Key; //读取按键状态
NP1L = NP1L &0X0F;
NP1L = NP1L ^ 0X0F;
if( NP1L != OP1L ){
switch(NP1L){ //判断按键
case 0X01: //按键为“设置”
Status = 1; //进入设置状态
break;
case 0X02: //按键为“+1”
if( Status== 1){ //判断是否为设置状态
LimT++; //警报温度下限+1
LimT =LimT % 100; //超过99清零
Delay1ms(255);
}
else{
Error();
}
break;
case 0X04: //按键为“-1”
if( Status== 1){ //判断是否为设置状态
LimT--; //警报温度下限-1
if(LimT < 0 ){
LimT = 0X63; //低于0变为99
}
Delay1ms(255);
}
else{
Error();
}
break;
case 0X08: //按键为“确认”
Status = 0; //返回测温状态
break;
default: //多键按下
Error(); //出错复位
break;
}
NP1L = 0X00; //重新初始化
}
}
/*******************************************************************/
/*中断服务*/
/*******************************************************************/
void Int0( void ) interrupt 0
{
Int = 1; //外部中断标志位置1
EX0 = 0; //关外部中断0中断允许
TMOD = 0X01; //设置定时器0工作在模式1
TH0 = 0X3C;
TL0 = 0XB0; //为T0赋初值，令其定时50ms
Count = 0X3C; //设置计数次数
ET0 = 1; //开T0中断允许
TR0 = 1; //开T0中断
}
/*******************************************************************/
void Timer0( void ) interrupt1
{
if( Count == 0 ){ //判断定时计数是否结束
ET0 = 0; //关T0中断允许
TR0 = 0; //关T0中断
Int = 0; //外部中断标志位置0
EX0 = 1; //开外部中断0中断允许
}
else{
TL0 = 0XB0; //重新赋T0初值
TH0 = 0X3C;
Count --; //定时计数减1
}
}
/*******************************************************************/
/*延迟函数*/
/*******************************************************************/
void Delay15us( uchar n ) //延迟n*15us
{
do{
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_(); _nop_();_nop_();
_nop_();
n--;
}while( n );
}
void Delay1ms( uchar delay ) //延迟delay*1ms
{
uchar i;
while( delay-- )
{
for( i=0; i<124; i++);
}
}
/*******************************************************************/
/*报错复位*/
/*******************************************************************/
void Error()
{
Tube = 0XAA; //出错显示
BUZZER = 0; //鸣蜂鸣器
RUN = 1; //LED警报
Delay1ms( 255 ); //延迟
Delay1ms( 255 );
Delay1ms( 255 );
Delay1ms( 255 );
Delay1ms( 255 );
( *(void(*)())0 )(); //软复位
}
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