采用STC89C52单片机进行实时温度控制系统的软硬件的设计

 引言

温度是日常生活中非常重要的物理量， 其测量包括接触式和非接触式两种，前者需要感温元件与被测物体接触， 会产生滞后现象， 后者则是通过接收被测介质发出的辐射来实现的。实时温度控制系统运用数字温度传感器DS18B20 采集温度，单片机作为主控芯片来对温度值进行处理， 控制和传输， 通过蜂鸣器实现报警功能，运用VB 编程制作上位机管理软件。整个系统设计结构简单，连接方便，易于管理，可以应用于人不宜或者不易接触的地方， 达到自动读取环境温度， 并具有报警功能，节省人力和物力。

2 系统基本原理

系统结构框图如图1 所示， 数字温度传感器DS18B20 将待测介质温度值传递给单片机，单片机对温度值进行处理，当温度超出所设范围（本系统所设温度极限为31℃）则通过报警电路实现报警。通过RS232 串口实现PC 机与单片机的通信，单片机将采集到的温度值传递给PC 机。

图1 系统结构框图

通过使用Vi sual Bas ic 中的通信控件MSComm（Microsoft Communication Control），可以在Windows环境下轻松实现串口数据交换，MSComm 是Microsoft提供的简化Windows 下串行通信编程的ActiveX 控件，通过对此控件的属性和事件进行编程，可以方便地发送和接收数据。利用MSComm 控件制作上位机软件，可以实时显示环境温度值和提示信息。

3 硬件设计

3.1 单片机控制设计

本设计采用STC 公司的STC89C52 单片机作为主要控制芯片，此单片机具有4 组8 位I /O 口（DIP-40 封装） ,3 个16 位定时/ 计数器，8 个中断源，8KB Flash 程序存储器，512Byte 片内RAM 数据存储器，一个全双工串行通信接口。STC 单片机性价比高，功能多，抗干扰能力很强， 串口编程很方便， 保密性很强。

图2 单片机控制电路idan;lai 电路

采用数字温度传感器DS 1 8B2 0 测量环境温度，DS18B20 是美国Dallas 公司生产的单线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点， 可以直接将温度值转换为串行数字信号供处理器处理， 特别适合多点温度测控系统，每片DS18B20 都有惟一的产品号并可存入其ROM 中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18B20 芯片。从DS18B20 读出或写入DS18B20信息仅需要一根端口线， 其读写及温度变换功率于数据总线，该总线本身也可以将所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。DS18B20 能提供9 位温度读数， 它无需任何外围器件即可方便地构成温度检测系统。如图2 所示，只需将DS18B20 的第4 脚（DQ）和单片机的一个I /O 口（P2.2）相连，另外还需接一个上拉电阻即可。单片机通过其I/O 口获得温度值，很方便地进行处理， 传输和控制。

报警电路采用蜂鸣器作为报警器件， 如图2 所示，只需很少的器件，就能实现单片机与蜂鸣器的连接。当与蜂鸣器所连单片机的I /O 口输出低电平时，蜂鸣器则能发出声音，系统设计中，当温度超过31℃时，蜂鸣器则发出声音， 实现报警功能。

3.2 单片机与PC机接口设计

单片机要和PC 机实现串口通信，需要进行电平转换， 因为单片机使用的是TTL 电平， 而PC 机串口使用的是RS232 电平。运用MAXIM 公司生产的MAX232芯片实现TTL 电平和RS232 电平转换，如图3 所示，通过其第11 脚和第12 脚分别与单片机的第11 脚和第10脚连接， 通过第13 脚， 第14 脚分别与PC 机串口的第2脚，第3 脚进行连接，就能实现单片机和PC 机的电平转换、连接、和通信。单片机与PC 机接口电路原理图如图3 所示。

图3 单片机与PC 机串口通信接口电路

4 软件设计

系统单片机程序采用C51 进行编程， 主要完成对DS18B20 的调用中断管理、测量温度值的计算以及单片机与P C 机的串口通信。上位机软件采用V BMSComm 控件制作，由于C51 程序较长，此处只介绍上位机软件编写程序，VB 程序如下：

Pr ivate Sub Form_Load（ ） ' . . . . . . . . 初始化设置

MSComm1.CommPort = 1 '……使用Com1 口

MSComm1.Sett ings = "9600,n,8,1" '. 设置通讯参数

MSComm1.InBufferSize = 4 ' 设置接收寄存器等待读取的字符数为4

MSComm1.RThre shold = 0 ' 初始化为不产生OnComm 事件

MSComm1.Por tOpen = True '  .打开串口

MSComm1.InputLen = 4 ' 设置并返回Input 属性从接收缓冲区读取的字符数为4

MSComm1.InputMode = comInputModeText ' 设置接收方式为文本方式

Me.Caption = " 实时温度控制系统" ' 设置标题为" 实时温度控制系统"

End Sub

Pr ivate Sub Command1_Cl ick（ ） '.    .自动读取按钮

Time r1.Enabl e d = True ' . . . . . . . .开启定时器

MSComm 1 . RT h r e s h o l d = 1 ' . . . . . . . . 开启OnComm 事件触发

End Sub

Pr ivate Sub Command2_Cl ick（ ） '.    .清空内容按钮

Time r1.Ena bl ed = Fal se ' . . . . . . . . 关闭定时器

MSComm1.RThre shol d = 0 ' . . . . . . . .停止产生OnComm 事件

Sh a p e 1 . Fi l lCo l or = RGB（ 2 5 5 , 2 5 5 , 2 5 5 ）

' . . . . . . . . 设置信号指示灯的颜色为白色

Te xt 1. Te x t = " " ' . . . . . . . .清空文本框1 的内容

Te xt 2. Te x t = " " ' . . . . . . . .清空文本框2 的内容

Te xt 3. Te x t = " " ' . . . . . . . .清空文本框3 的内容

End Sub

Pr ivate Sub Command3_Cl ick（ ） '.    .关闭窗口按钮

Unl o a d Me ' . . . . . . . . 卸载窗体

End Sub

Pr ivate Sub MSComm1_OnComm（ ） '. . . . .  .事件触发

Dim rec As St ring

Select Case MSComm1.CommEvent

Case comEvReceive

rec = MSComm1. Input

Text3.Te xt = r ec

MyResul t = （Text3.Text < "31"）

' . . . . . . . . 判断当前温度是否达到3 1 ℃

I f MyResul t = False Then ' .  . .  .达到31℃

Shape1.Fi l lColor = RGB（255,0 , 0 ） ' . . . . . . . . 信号灯为红色

Te x t 1 . Te x t = " 产生报警"' . . . . . . . . 同时信息提示显示" 产生报警"

El se ' . . . . . . . . 未达到31 ℃

Shape 1.Fi l lColor = RGB（0,1 2 8 , 0 ） ' . . . . . . . . 信号灯为绿色

Te x t 1 . Te x t = " 温度正常"' . . . . . . . . 同时信息提示显示" 温度正常"

End I f

Te xt3.Te xt = " "

Te xt3.Text = re c + "℃"

MSComm1. InBufferCount = 0 ' 清空接收缓冲区

End Select

End Sub

Private Sub Timer1_Timer（）

Te x t 2 . Te x t = Now ' . . . . . . . . 设置定时器产生时钟， 显示当前时间

End Sub

5 系统调试

系统实现功能包括，通过下位机（单片机）将DS18B20所测温度值实时传输给上位机（PC 机），通过上位机（PC 机）监控环境温度，并具有报警功能。

1.在上位机软件中点击"自动读取"按钮实现自动读取当前时间， 温度值。当正常温度情况下， 信号指示灯为绿色， 同时信息提示为"温度正常"。

2.当温度达到所设温度极限时（本系统所设温度极限为31℃） ,信号灯变为红色，信息提示为"产生报警",同时硬件部分的蜂鸣器会报警， 如图4 所示为产生报警时上位机显示部分。

图4 产生报警时上位机显示部分

6 结束语

运用能直接得到数字信号的温度传感器DS18B20采集温度，将温度值通过单片机I /O 口传递给单片机进行处理， 传输和控制， 当温度值达到所设温度极限时产生报警，通过串口数据线实现下位机（单片机）与上位机（PC 机）通信，并运用VB MSComm 控件制作上位机软件，达到实时显示环境温度和提示信息。系统设计连接简单， 实现容易， 使用方便。