單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)思路
2014-07-31 15:37:12魏娟
新媒體研究 2014年13期
魏娟
摘 要 介紹如何使用AT89C51單片機(jī)、PT100鉑電阻、MAX187A/D轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)一款數(shù)字式溫度計(jì)，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)和顯示冰箱溫度，并具有溫度報(bào)警功能。
關(guān)鍵詞 AT89C51；PT100鉑電阻；MAX187A/D轉(zhuǎn)換芯片
中圖分類號(hào)：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0022-02
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻的成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)溫度計(jì)相比，這里設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
1 設(shè)計(jì)概述
本設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)、PT100溫度傳感器等器件，監(jiān)測(cè)冰箱內(nèi)溫度的變化情況，系統(tǒng)功能概述具體如下。
1）溫度檢測(cè)：系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冰箱內(nèi)的溫度。溫度采集時(shí)間間隔為3 s，溫度分辨率為0.1℃，范圍：-50～+50℃。
2）溫度顯示：系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示冰箱內(nèi)的溫度值，刷新周期為3 s，顯示到小數(shù)后一位。
3）溫度報(bào)警：系統(tǒng)對(duì)超出范圍的溫度進(jìn)行報(bào)警處理，需具備聲、光提示功能。
4）報(bào)警值設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置上、下限報(bào)警溫度值，設(shè)置精度為0.1℃。
說明：溫度報(bào)警值由兩個(gè)，上限報(bào)警值、下限報(bào)警值。當(dāng)冰箱溫度高于上限報(bào)警值則為上限報(bào)警；當(dāng)冰箱溫度低于下限報(bào)警值則為下限報(bào)警；處于兩只之間，系統(tǒng)不報(bào)警。
2 模塊介紹
我們?cè)诮榻B功能時(shí)可以把它分為幾種方式介紹，其中包括的模塊有：報(bào)警、電源、按鍵、溫度、顯示以及單片機(jī)模塊。具體如下圖。
系統(tǒng)模塊圖
從而我們?cè)偻ㄟ^應(yīng)用鍵盤模塊對(duì)共進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。
在應(yīng)用鍵盤模塊時(shí)主要是通過在按鍵上的數(shù)字鍵進(jìn)行設(shè)置，從0至9進(jìn)行輸入值，再加上應(yīng)用符號(hào)按鍵，所以，一般可以應(yīng)用4*4的行列矩陣。
我們也可以應(yīng)用顯示模塊對(duì)其溫度進(jìn)行顯示。
通?？梢园逊秶O(shè)置成：-50～+50℃。
并且把小數(shù)點(diǎn)一直顯示到最后一位，應(yīng)用系統(tǒng)必須要應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)碼管，一般是以靜態(tài)顯示為主。此時(shí)，應(yīng)用LED數(shù)碼管的第一位是用來顯示符號(hào)的，用二、三位是用來對(duì)溫度進(jìn)行顯示的，而最后一位是用來進(jìn)行小數(shù)顯示的。
而所謂的溫度采集主要是用來測(cè)量溫度值的，具有非常重要的作用。
在對(duì)這部分進(jìn)行測(cè)溫時(shí)一般是通過應(yīng)用熱電偶溫差電路進(jìn)行工作的，其檢測(cè)的部分則可以對(duì)其應(yīng)用低溫?zé)崤?。在產(chǎn)生熱電偶的部分當(dāng)中一般是由溫差電勢(shì)以及金屬接觸的電勢(shì)相結(jié)合組成。從而我們可以把參考點(diǎn)一直維持在相應(yīng)的溫度上同時(shí)對(duì)其電壓進(jìn)行測(cè)量，這樣就可以對(duì)它的溫度來檢測(cè)。
對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，一般是應(yīng)用A/D通道單片機(jī)，同時(shí)也可以測(cè)出變化的溫度，對(duì)電流以及電壓進(jìn)行采集，在轉(zhuǎn)換以后，便可處理它的數(shù)據(jù)了。進(jìn)而也可以在顯示電路上顯示其溫度的數(shù)值了。
所謂的報(bào)警模塊主要是用來光報(bào)警以及提供聲音的。
在發(fā)出了蜂鳴器時(shí)也就是報(bào)警的聲音，再應(yīng)用發(fā)光二級(jí)管進(jìn)行上限和下限的報(bào)警方式。我們一般表示上限用紅色，而下限用綠色。
一般系統(tǒng)會(huì)表示+9 V電源主要是指外部，可以用作運(yùn)算放大器LM324的參考電壓。其他的芯片以及單片機(jī)可以應(yīng)用+5V，也可以對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)變。
單片機(jī)模塊定時(shí)采集電壓值，將其轉(zhuǎn)換成溫度值并顯示；接收鍵盤輸入，完成設(shè)置報(bào)警值的功能，因此可選用AT89C51單片機(jī)。
以上是對(duì)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)的功能分析，選擇滿足要求的電路芯片，然后進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)即可。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
通過對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的功能分析，選擇滿足要求的電路芯片，然后進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中主要用的芯片包括A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX187、PT100鉑電阻檢測(cè)器。
1）MAX187是一款12位逐次逼近式串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在單5V電源下工作，模擬量的輸入范圍是0～5 V。
2）PT100溫度檢測(cè)器是由白金做成的電阻，它的電阻值會(huì)隨溫度的變化而改變，而且比較穩(wěn)定。系統(tǒng)獲得PT100溫度檢測(cè)器的電阻值后，可以查電阻與溫度的關(guān)系表得到當(dāng)前的溫度。
在硬件電路設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)。根據(jù)測(cè)量分辨率，系統(tǒng)采用鉑電阻橋式測(cè)溫電路，電壓差經(jīng)過運(yùn)放電路進(jìn)入12位串行A/D轉(zhuǎn)換器。
4 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)溫度進(jìn)行采集、顯示并判斷是否超出設(shè)定范圍；通過按鍵操作，輸入溫度上下限報(bào)警值。因此，整個(gè)軟件可分為按鍵子程序、顯示子程序、溫度采集子程序、報(bào)警子程序及系統(tǒng)主程序。
4.1 按鍵子程序
uchar scan_key（）
{
uchar keytemp，i；//定義局部變量
keyport=0xf0；//行線輸出0，列線輸出1
keytemp=keyport；//讀按鍵端口值
if （keytemp==0xf0）
return no_key；//無鍵按下，返回
delay 15ms（）；
keyport=keytemp|0x0f；//列線輸出，行線輸入
keytemp=keyport；//讀取按鍵端口值
for （i=0；i<12；i++）
{
if （keytemp==keycode[i]）//根據(jù)按鍵端口掃描值，查找按鍵值
break；endprint
}
keyport=0xf0；//行線0，列線輸出1
while（keyport！=0xf0）；//等待按鍵是否釋放
delay 15ms（）；//延時(shí)
return i；
}
}
4.2 溫度采集子程序
uchar scan_key（）
{
uchar keytemp，i；//定義局部變量
keyport=0xf0；//行線輸出0，列線輸出1
keytemp=keyport；//讀按鍵端口值
if （keytemp==0xf0）
return no_key；//無鍵按下，返回
delay 15ms（）；
keyport=keytemp|0x0f；//列線輸出，行線輸入
keytemp=keyport；//讀取按鍵端口值
for （i=0；i<12；i++）
{
if （keytemp==keycode[i]）
break；
}
keyport=0xf0； while（keyport！=0xf0）；//等待按鍵是否釋放
delay 15ms（）；//延時(shí)
return i；
}
4.3 報(bào)警子程序
void alarm （uint temp）
{ if （temp>upperv）//上限報(bào)警，紅色亮，蜂鳴器響
{ledredcon=0；
speakercon=0；
}
else if（temp {ledgreencin=0； speakercon=0； } else {ledgreencon=1；//沒發(fā)生報(bào)警 speakercon=1； ledgreencon=1； } } 5 結(jié)束語 本文介紹的只是一個(gè)簡單數(shù)字式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)思路，還可以增加存儲(chǔ)器存儲(chǔ)溫度值；可以增加通信功能，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 參考文獻(xiàn) [1]寇戈.模擬電路與數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011. [2]黃勤.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.
}
keyport=0xf0；//行線0，列線輸出1
while（keyport！=0xf0）；//等待按鍵是否釋放
delay 15ms（）；//延時(shí)
return i；
}
}
4.2 溫度采集子程序
uchar scan_key（）
{
uchar keytemp，i；//定義局部變量
keyport=0xf0；//行線輸出0，列線輸出1
keytemp=keyport；//讀按鍵端口值
if （keytemp==0xf0）
return no_key；//無鍵按下，返回
delay 15ms（）；
keyport=keytemp|0x0f；//列線輸出，行線輸入
keytemp=keyport；//讀取按鍵端口值
for （i=0；i<12；i++）
{
if （keytemp==keycode[i]）
break；
}
keyport=0xf0； while（keyport！=0xf0）；//等待按鍵是否釋放
delay 15ms（）；//延時(shí)
return i；
}
4.3 報(bào)警子程序
void alarm （uint temp）
{ if （temp>upperv）//上限報(bào)警，紅色亮，蜂鳴器響
{ledredcon=0；
speakercon=0；
}
else if（temp {ledgreencin=0； speakercon=0； } else {ledgreencon=1；//沒發(fā)生報(bào)警 speakercon=1； ledgreencon=1； } } 5 結(jié)束語 本文介紹的只是一個(gè)簡單數(shù)字式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)思路，還可以增加存儲(chǔ)器存儲(chǔ)溫度值；可以增加通信功能，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 參考文獻(xiàn) [1]寇戈.模擬電路與數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011. [2]黃勤.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.
}
keyport=0xf0；//行線0，列線輸出1
while（keyport！=0xf0）；//等待按鍵是否釋放
delay 15ms（）；//延時(shí)
return i；
}
}
4.2 溫度采集子程序
uchar scan_key（）
{
uchar keytemp，i；//定義局部變量
keyport=0xf0；//行線輸出0，列線輸出1
keytemp=keyport；//讀按鍵端口值
if （keytemp==0xf0）
return no_key；//無鍵按下，返回
delay 15ms（）；
keyport=keytemp|0x0f；//列線輸出，行線輸入
keytemp=keyport；//讀取按鍵端口值
for （i=0；i<12；i++）
{
if （keytemp==keycode[i]）
break；
}
keyport=0xf0； while（keyport！=0xf0）；//等待按鍵是否釋放
delay 15ms（）；//延時(shí)
return i；
}
4.3 報(bào)警子程序
void alarm （uint temp）
{ if （temp>upperv）//上限報(bào)警，紅色亮，蜂鳴器響
{ledredcon=0；
speakercon=0；
}
else if（temp {ledgreencin=0； speakercon=0； } else {ledgreencon=1；//沒發(fā)生報(bào)警 speakercon=1； ledgreencon=1； } } 5 結(jié)束語 本文介紹的只是一個(gè)簡單數(shù)字式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)思路，還可以增加存儲(chǔ)器存儲(chǔ)溫度值；可以增加通信功能，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 參考文獻(xiàn) [1]寇戈.模擬電路與數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011. [2]黃勤.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.
