基于单片机的温度检测监测报警系统设计

1 背景及意义

2 总体设计方案

2.1 系统方案论证
（1）单片机芯片的选择
方案一:采用STC89C51芯片作为硬件核心。STC89C51内部具有8KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容。
方案二:采用AT89C51。AT89C51片内具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。
两种单片机都完全能够满足设计需要，但由于protues仿真元件库中没有STC系列单片机，因此选用AT89C51单片机完成相关仿真。
（2）温度传感器选择
方案一：采用测温范围为0℃-50℃的DHT11温湿度传感器，不仅能够检测到环境中的温度值，同时还能检测湿度值。然而，测量精度仅为2℃。
方案二：采用DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器测温范围为-55℃-125℃，最主要的是测量精度可以达到0.1℃。
综合比较二者的性能，结合本设计需求，由于DS18B20温度传感器测温范围更广，精度更高，故选择DS18B20温度传感器采集相关温度值。
（3）显示模块选择
方案一：四位共阴数码管显示烟雾浓度值和温度值；
方案二：采用液晶显示屏LCD显示烟雾浓度值和温度值。
众所周知，单片机设计中一般采用LED数码管或者LCD液晶显示屏来显示数据，而LCD液晶显示屏的特点比较突出，显示的数据清晰、明了，且功耗较少。相比于LCD液晶显示，四位数码管的显示能力不如LCD液晶显示屏。因此，本设计就采用显示效果更好的LCD液晶显示屏。

2.2 系统总体设计方案
综上所述，本设计利用AT89C51单片机、LCD1602显示模块、按键模块、DS18B20温度传感器、报警及指示模块等实现以下功能：
（1）采用DS18B20温度传感器测温并用LCD1602显示；
（2）按键为设置按键、加键和减键，可设置上下限温度控制范围；
（3）当温度超过设定的上或下限时，蜂鸣器报警
（4）温度测量范围0到99.9摄氏度，精度为0.1摄氏度。
具体的设计框图如图2.1所示。

3 硬件设计

3.1 硬件电路组成
按照图2.1的总体设计方案，本文的硬件由以下模块构成：
（1）单片机最小系统。用于驱动和控制其他模块，以实现整体功能，其以STC89C52单片机为核心芯片，并辅以复位电路和晶振电路。
（2）信号采集电路。负责采集需要监测的数据温度数据。
（4）按键和显示电路。显示电路用于显示相关数据，按键电路用于控制芯片实现相关功能，直接与单片机相连。
（5）报警及指示电路。用于实现温度报警及指示。

3.2 单片机最小系统电路
单片机最小系统由单片机芯片、复位电路、晶振电路构成，如图3.2所示。
复位电路: 复位电路是单片机应用中的最基本和最重要的电路，用于处理单片机工作失灵等紧急问题。当单片机复位端口为高电平时，单片机中的代码将不会被执行。一开始上电时，电容还未充满电，复位端口为高电平，避免了直接上电就运行程序导致的程序错误等问题。当电容充满电后，复位端口变为低电平，程序开始运行。
晶振电路:晶振电路也是的单片机设计中必备的电路，为系统提供工作时序。本毕设晶振电路提供11.0592MHZ时钟频率，以此构成整个稳定的振荡电路，为单片机的正常工作提供保障。

3.3 温度采集电路
系统的温度传感器DS18B20的端口1接地，3端口接+5V电源，2端口接单片机P3.7口将采集的数字信号直接送单片机，用于处理和显示。具体如图3.3所示。通过模块上的两个箭头可以实现温度的升高和降低，以模拟温度的变化。

3.4按键及显示电路
按键及显示电路如图3.4所示。三个按键分别接在单片机P3.1，P3.2，P3.3口，另一端接地。三个按键分别用于实现：报警值设置、报警值增加、报警值减少。显示电路采用LCD1602液晶显示屏，数据口通过上拉电阻与单片机P0口相连。

3.5 报警及指示电路
本文所设计的温度检测报警系统在报警功能方面需要实现：温度高报警、温度低报警、声光同时报警等功能。因此，本设计的报警模块由两个LED灯和一个蜂鸣器构成，其中红灯亮表示温度高报警，黄灯亮表示温度低报警。蜂鸣器通过一个PNP三极管控制，低电平导通。具体如图3.5所示。

4 软件设计

4.1 软件设计需求及设计思路
根据本文设计需求，在第三章硬件电路设计的基础上，需要通过软件编程实现的具体功能：
（1）驱动各个模块工作，实现LCD模块的显示、温度数据的采集及LED灯的点亮；
（2）按键设置功能。实现温度报警值的设置；
（3）温度报警功能实现。实现温度低报警与温度高报警。
4.2 主函数设计
主函数的主要功能是初始化LCD显示和定时系统、驱动各个模块工作、通过调用函数调用各个模块开始执行相应功能，其中，定时系统采用中断来实现精准定时，主函数流程图如图4.1所示。

4.3 温度采集流程图
温度采集通过驱动 DS18B20 温度传感器工作，传感器上电后，开始检测室内的温度，在读取温度值后，将数据直接发送给单片机。

4.4按键程序流程图
按键程序需要实现对温度报警值的设置，需要分别设置温度下限值，温度上限值，设置完后退出，具体流程图如图4.3所示。

4.5 报警程序流程图
本系统采用自动报警，当测得的温度值超过设定的上限值时，温度高报警，红灯亮，蜂鸣器报警；当黄灯亮，蜂鸣器响起时，说进行温度低报警，具体如图4.4所示。