基于單片機(jī)的自動溫度測量報警系統(tǒng)設(shè)計

摘要：目前，在自動控制領(lǐng)域用溫度作為一種控制量對系統(tǒng)進(jìn)行自動控制已經(jīng)越來越普遍。針對這種實際情況本文設(shè)計了一種簡單實用的溫度報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為中央處理單元，大大降低了系統(tǒng)開發(fā)的成本。通過溫度傳感器LM35采集外部的溫度，并將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值。A／D轉(zhuǎn)換裝置對電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將結(jié)果送入中央處理單元進(jìn)行計算。單片機(jī)根據(jù)其處理的結(jié)果決定是否需要啟動報警裝置。結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以在5～150℃環(huán)境下工作，當(dāng)外界的溫度達(dá)到設(shè)定的報警溫度時該系統(tǒng)能夠及時地做出反應(yīng)，具有一定的現(xiàn)實價值。
關(guān)鍵詞：AT89C51；傳感器；A／D轉(zhuǎn)換；自動報警

目前，無論是在工業(yè)生產(chǎn)中還是在科研實驗中通過對溫度測量來進(jìn)行自動控制的設(shè)備越來越普及，應(yīng)用場合也越來越多。隨之而來的問題是，如何能夠測得精確的溫度以保證自動控制設(shè)備能夠正確地發(fā)出控制指令來控制生產(chǎn)過程。另一方面，如果溫度過高可能會對一些設(shè)備中的一些半導(dǎo)體元器件造成損壞。因此，對于自動高溫報警的需求也在逐漸增加。本文基于以上方面的考慮，研究并設(shè)計了一種基于單片機(jī)的自動溫度測量與報警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
盡管目前市場上單片機(jī)的品種多樣，功能也越來越多，但是受成本約束，性能優(yōu)良的8位單片機(jī)仍然是工業(yè)檢測與控制應(yīng)用領(lǐng)域的首選。
本系統(tǒng)就是以ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)為中心，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7812對溫度傳感器的輸出電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過編程分析處理的結(jié)果，最后決定是否報警。下面分別介紹各個硬件功能模塊的設(shè)計。
1．1 溫度傳感器設(shè)計
溫度傳感器是感知外部環(huán)境中溫度變化的重要元件，它是外界與本系統(tǒng)的接口。它將外界溫度的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化，這樣通過對電壓的處理與分析就可以間接地測量出外界溫度。本系統(tǒng)采用的溫度傳感器為LM35，該溫度傳感器由美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)，在常溫下，不需要額外的校正處理就可以到達(dá)0．25℃的準(zhǔn)確率。其輸出電壓與攝氏溫度成線性關(guān)系，并且這種關(guān)系可以表示為：

式中，Vo為傳感器的輸出電壓，單位V，T是外界環(huán)境中的溫度，單位℃。由于LM35能夠測量的最高溫度是150℃，由式(1)可得其最大輸出電壓為1．5 V。為了能夠與AD7812的輸入進(jìn)行匹配，故需要對傳感器的輸出電壓進(jìn)行放大，放大的倍數(shù)約為3．33倍。可采用集成運放連接成同向放大器來實現(xiàn)電壓放大的功能。經(jīng)過放大后的電壓約為5 V，恰好能夠與模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的輸入相匹配。該部分電路設(shè)計如圖1所示。