多路温度监控系统的设计

多路温度监控系统的设计

作者/刘琳，商丘工学院信息与电子工程学院

基金项目：基于光伏发电的智能照明在绿色城市发展中的应用研究，2016河南省科技厅科技攻关项目，项目编号: 62102210361。

文章摘要：STCC52单片机作为MCU,传感器DS18B20作为温度采集元件，采用多点检测电路，实现对多个环境点进行温度检测、实时 报警的功能；软件采用自上而下的模块化设计思想，增强了系统的可扩展性和运行的稳定性。

关键词：单片机；温度传感器；多点检测；实时报警

引言

测量和控制是利用传感器技术从生产实际中获取非电 量参数，并利用科学的计算方法对采集的数据进行计算，从 而达到对生产实际进行检测控制的目的。温度监控采集系统 是温度传感器对生产环境各点温度进行采集，并实时传递 给单片机，利用程序控制，使屏幕上显示出被测环境的实 时温度，温度传感器DS18B20测温范围可以达到-55〜+ 125°C,在一 10〜+ 85°C范围内精确度为±5°C ,采用多 个测试端进行多路温度监控系统设计，就可以解决多个环境 点温度采集和监控的困难问题。

1.系统设计方案

本设计主要以STCC52单片机作为主控芯片，温度 传感器DS18B20对温度进行采集，温度的信号由DS18B20 采集输入到STCC52,显示器LCD1602在主控芯片的控 制下依次循环显示各点温度值。系统通过按键输入来设置各 路温度的上限和下限，当采集到的温度高于设置的上限，红 色LED灯和蜂鸣器进行声光报警同时风扇开启及时对环境 进行降温，当采集到的温度低于设置的下限，绿色LED灯 和蜂鸣器同时声光报警。系统结构框图如图1所示。

图1系统结构框图

2•电路硬件设计

■ 2.1主控芯片STCC52

STCC52单片机具有8K字节程序存储空间；512字 节存储空间；4K字节EEPROM存储空间；3个定时器 /计数器TO、T l、T2; 2个外部中断，1个串口中断；32 位/0 口线，内含看门狗；低功耗、高性能CMOS8为微控制器；可直接使用串口下载。

■ 2.2时钟电路的设

本设计采用了单片机内部时钟的方式来为整个系统提 供时钟信号，STCC52内部有构成振荡器的高增益的反向 放大器，该放大器的引脚分别为XTAL1和XTAL2,它们和 微调电容及晶振连接便构成了一个自激励振荡器。

■ 2.3系统复位电路的设计

本设计为了精简电路，采用了上电复位的方法。

■ 2.4声光报警电路设计

由于单片机口输出低电平的驱动能力比高电平要大，所 有本文光电报警电路采用低电平进行驱动电路，单片机的 P1.4-P1.7 和 P2.1-P2.4 外接 LED0-LED7 二极管电路，作 为光电报警电路，P2.0通过三极管放大电路与蜂鸣器相连 接，驱动声音报警。

■ 2.5显示器电路设计

本设计为了精简布线复杂性，LCD1602的背光电源直 接接电源，对比度调节引脚串接470欧的电阻来调节对比 度。数据引脚接在单片机的P0 口，由于STCC52单片机 的P0 口内部并没有上拉电阻，所以需要在外部接10K的上 拉电阻。各路温度可以通过键盘进行切换显示。

■ 2.6温度检测电路的设计

本文设计的温度检测电路利用STC的I/O 口采用寄生 供电方式接单个的DS18B20。四个DS18B20的输出DQ0- DQ3分别与P1.0-P1.3连接。

■ 2.7按键电路的设计

在单片机的应用系统中，通常需要通过输入装置对系 统进行初始设置和输入数据等操作，这些任务由四个按键 K l、K2、K3、K4和K5组成的键盘来完成。

本设计的按键电路采用的是机械式非编码的式键 盘，这样不仅充分利用单片机的丨/0,而且线路比较简单。为了布线简单，采用软件进行消除键盘抖动问题。按键K1 用来选择设置上限温度值和下限温度值，按键K2和K3用 来设置温度限值的增减，按键K4的功能是返回巡检测模式，按键K5用来选择查看某一路的温度。

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电子科技

图2 DS 18B 20初始化

3•软件设计

电路软件设计包括主程序设计，温度显示模块程序设 计，显示模块程序设计，报警系统和键盘输入系统程序设计。

单片机分别通过 DQl (P l .O )，DQ 2(P 1.1)，DQ 3(P 1.2)，

DQ 4(P 1.3)对四路温度传感器进行温度查询，从而区分出不

同的芯片以获得各自的温度信息。■ 3.1 DS 18B 20的初始化

DS 18B 20温度传感器控制遵循1-wire 通信协议，需要有

严格的时序才能对该芯片进行初始化。其流程图如图2所示。■ 3.2温度采集

单片机接口的通信初始化过程完成后，通过DQ 端口

CPU 向温度DS 18B 20发送匹配ROM 指令，从而识别各路

的温度传感器芯片。然后再发送读取温度指令，从而通过

DQ 读取相应的温度数据，通过CPU 的转换（即对从DQ

采集来的温度数据乘以0.0625便可将该温度转换成实际温 度），使读取的温度显示在LCD 1602上。具体的温度采集 程序流程图如图3所示。温度显示界面如图4所示。■ 3.3报轚电路

在本设计的报警系统中分为蜂鸣器报警和灯光报警两 部分，只要温度值超过正常温度（大于P ，小于q )的范 围蜂鸣器就会发出声音报警。在灯光报警中，上限为红色

LED 灯，下限为绿色LED 灯。当某_路的温度值超过限定

高温上限（p )时候，该路对应的红色LED 亮；同理当某一 路的温度值低于限定的低温下限（q )时候，该路对应的绿

色LED 灯亮。报警电路流程图如图4所示。

图3温度采集程序流程图

| 4Q'C L ； 20° C

图4温度显示画面

4.结语

本文设计的多路、可监控、精度高的温度监测系统，不 但应用广泛而且小巧美观，最重要的是价格低廉性能优越。 可以应用在容易发生危险而且采集点比较多的场合。而且， 温度采集电路可以根据需要进一步扩展，程序代码可以一步 简练，还可以根据不同的应用场合，加存储模块、模块等部 分进一步增加、完善温度检测的功能。

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图5报警电路程序流程图

(上接第16页）

由式（5)可知网侧差模干扰源频谱为：

(1)含有直流分量，并且调制比越大直流分量越多；

(2)含有调制波的偶数次谐波；

⑶含有边波[v]。

3.实验验证

为了验证上述理论分析的结论，本文开展了实验，进行 了三电平H桥逆变器输出端差模电压时域波形的测量工作。

三电平H桥逆变器工作条件为：输入直流电压C/d=200V、调制波频率为50Hz、载波频率为1kHz、调制 比 M= 0.7〇

图1差模电压测量结果

逆变器输出差模电压有五个电平分别为+200V、+100V、0V、-100V、-200V，差模电压相邻+200V电平的 中点时间差为20毫秒即差模电压的频率为50Hz。根据测 量结果可知：调制比为0.7时，三电平H桥逆变器输出差 模电压有0、R/2、-R/2、- %五种电平；含有调制波基波分量。

4•小结

本文在时域上定量分析了三电平H桥逆变器的共模干 扰源，得到了其共模干扰源的时域表达式，开展实验对分析 结论进行了验证。在频域上采用双重傅里叶积分法，计算出 了三电平H桥逆变器共模干扰源的傅里叶级数表达式，分 析了共模电压的频谱特征。在时域上定量分析了负载侧和网 侧差模干扰源。在频域上采用双重傅里叶积分方法，计算出 了三电平H桥逆变器差模干扰源的傅里叶级数表达式，分 析了差模干扰源的频谱特征。

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