基于單片機與PC機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計

摘要：設計了基于單片機和PC機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，溫度傳感器采用DS18B20。下位機采用AT89S52單片機，可以顯示溫度和超限報警。PC機作為上住機設定上下限報警溫度，接收單片機的溫度數(shù)據(jù)，處理后實時顯示溫度和繪制溫度曲線，還實現(xiàn)了超限報警和保存數(shù)據(jù)功能。上位機利用Matlab強大的數(shù)值計算、圖形顯示和串口操作功能，具有友好人機交互界面，實現(xiàn)了溫度動態(tài)監(jiān)測。
關鍵詞：單片機；PC機；溫度監(jiān)測；Matlab；串口

溫度是一個重要的物理量，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進行監(jiān)測。本文設計了一個溫度監(jiān)測系統(tǒng)，溫度傳感器采用DS18B20，下位機采用AT89S52單片機，實現(xiàn)溫度測量、顯示、超限報警等功能，上位機采用PC機，利用Matlab設計了友好人機交互界面，實現(xiàn)溫度的采集、顯示、繪圖、報警、保存數(shù)據(jù)等功能。

1 系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為下位機，PC機作為上位機，二者通過串口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)環(huán)境溫度的測量、顯示、超限報警、測溫數(shù)據(jù)保存等功能。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。

單片機最小系統(tǒng)包括單片機工作所必需的復位電路、時鐘電路和電源電路。溫度傳感器采用DS18B20芯片，測量溫度范圍為-55～+125 ℃，該芯片不需要外接電源，可編程的分辨率為9～12位，測溫分辨率最高可達0．062 5℃，數(shù)據(jù)傳送只需要一條通信線，接單片機的P2．0口。溫度顯示部分使用4個八段LED共陽極數(shù)碼管，采用動態(tài)驅動方式，數(shù)碼管的a，b，c，d，e，f，g，DP八段由單片機P0．0—P0．7口控制，單片機的P1．0—P1．3口控制4個數(shù)碼管輪流動態(tài)顯示。超限溫度報警采用蜂鳴器，由單片機的P2．1口控制發(fā)聲。
PC機的串行口采用的是標準的RS 232接口，而單片機的串行口電平是TTL電平，與RS 232的電氣特性不匹配，所以系統(tǒng)采用常用芯片MAX 232來完成電平的轉換，使單片機的串行口能與RS 232接口通信。上位機動態(tài)溫度監(jiān)測系統(tǒng)利用Matlab軟件設計友好人機交互界面，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的設置、采集、計算、顯示與保存等功能。

2 下位機程序設計
單片機作為下位機，其主要任務是：
1)通過DS18B20實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集和處理，并在LED數(shù)碼管上實時顯示當前溫度，保留小數(shù)點后1位；
2)通過串口接收上位機設定的上下限報警溫度，并在LED數(shù)碼臂上顯示；
3)通過串口接收要求發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的命令，向上位機發(fā)送溫度數(shù)據(jù)；
4)判斷當前溫度，如果超限啟動蜂鳴器報警，設定不同頻率的方波驅動蜂鳴器發(fā)出不同聲音，用來區(qū)分超上限還是超下限。

單片機采用Keil C51編寫程序，DS18B20分辨率設為12位，其主程序流程圖如圖2所示。主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，主要包括DS18B20和串口的初始化；4個LED數(shù)碼管顯示“0000”，等待上位機發(fā)送上限溫度數(shù)據(jù)；接收數(shù)據(jù)后顯示，等待上位機發(fā)送下限溫度數(shù)據(jù)；接收數(shù)據(jù)，顯示下限溫度并延遲約2秒后開始測濕。讀DS18B20溫度值，將讀取的低8位字節(jié)和高8位字節(jié)組成16位無符號整型溫度數(shù)據(jù)(其中低4位為沮度的小數(shù)部分，中間8位為溫度的整數(shù)部分)，處理沮度數(shù)據(jù)并在數(shù)碼臂上顯示溫度值；判斷溫度，超限報警；接收到上位機發(fā)送的命令字“255”就向上位機發(fā)送由DS18B20讀出的16位溫度數(shù)據(jù)，先發(fā)送低8位字節(jié)，后發(fā)送高8位字節(jié)；返回讀DS18B20溫度值。