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。 2 数字式多路温度采集系统程序设计 本系统软件采用 C51 汇编语言设计[10-13]，整个软件实现模块化，主要包括以下子程序 ：初始化子程序、温度转换命令子程序、读出温度子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序、报警控制子程序。主程序主要功能是控制调用子程序，实现温度的实时显示、读出并处理DS18B20 的测量温度值（温度测量每 1 s 进行 1 次）。其程序流程图，见图 7。 3 测试结果 对系统温度性能测试结果与已有的成品温度计同时测量结果进行比较，由于系统 DS18B20 的精度很高，所以误差指标可以限制在 0.1 ℃ 以内，另外，-55~+125 ℃ 的测温范围使得该系统完全适合一般的应用场合。 系统主要技术指标 ：2 路温度采集电路及以上 ；采集测温范围为 -50~+110 ℃ ；温度精度，误差在 0.1 ℃以内 ；显示模块，采用 LED 数码管显示 ；报警模块，超过预警值自动蜂鸣报警。 4 结束语 数字式多路温度采集系统具有温度采集、显示、简单的人机对话及报警功能。它的测温范围在 -55~+125℃，测量精度可通过编程调节，最高精度可达到 0.0625℃ /LSB。 本系统主要适用于采集显示温度，不具备控制调节温度功能，但能够进行硬件和软件功能扩展。在硬件扩展后，通过软件编程实现控制功能扩展，如当环境温度达到一定值时，通过软件编程进行判断，从主控制器的一个 I/O 端口输出一个控制指令，去驱动外部的控制电路工作，从而调节环境温度，使环境温度达到人们所需的要求。因此，在人们健康意识日益提高的今天有很好的市场推广前景。 附录—托普物联网简介 托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！
托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。 托普物联网三大系统产品 我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。） 托普物联网模块化智能集成系统 托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。 1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。 2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。 3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。 4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。 5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。 6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。
[参考文献] [1] 赵海兰,赵祥伟.智能温度传感器DS18B20的原理与应用[J].现代电子技术,2003,14(3):32-34. [2] 马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J].计算机测量与控制,2002,10(4): 278-280.