單片機(jī)和PC機(jī)在實時溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計了一種利用單片機(jī)和PC 機(jī)來實現(xiàn)的實時溫度控制系統(tǒng)，包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。系統(tǒng)采用STC89C52 單片機(jī)作為主芯片，DS18B20 數(shù)字溫度傳感器作為溫度采集器件，運(yùn)用蜂鳴器作為報警器，VB6.0 制作上位機(jī)軟件，通過串口實現(xiàn)單片機(jī)與PC 機(jī)的通信。系統(tǒng)能實時監(jiān)控環(huán)境溫度，并具有報警功能，具有一定的實用性。

1 引言

溫度是日常生活中非常重要的物理量， 其測量包括接觸式和非接觸式兩種，前者需要感溫元件與被測物體接觸， 會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象， 后者則是通過接收被測介質(zhì)發(fā)出的輻射來實現(xiàn)的。實時溫度控制系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 采集溫度，單片機(jī)作為主控芯片來對溫度值進(jìn)行處理， 控制和傳輸， 通過蜂鳴器實現(xiàn)報警功能，運(yùn)用VB 編程制作上位機(jī)管理軟件。整個系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，連接方便，易于管理，可以應(yīng)用于人不宜或者不易接觸的地方， 達(dá)到自動讀取環(huán)境溫度， 并具有報警功能，節(jié)省人力和物力。

2 系統(tǒng)基本原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示， 數(shù)字溫度傳感器DS18B20 將待測介質(zhì)溫度值傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)對溫度值進(jìn)行處理，當(dāng)溫度超出所設(shè)范圍（本系統(tǒng)所設(shè)溫度極限為31℃）則通過報警電路實現(xiàn)報警。通過RS232 串口實現(xiàn)PC 機(jī)與單片機(jī)的通信，單片機(jī)將采集到的溫度值傳遞給PC 機(jī)。

通過使用Vi sual Bas ic 中的通信控件MSComm（Microsoft Communication Control），可以在Windows環(huán)境下輕松實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)交換，MSComm 是Microsoft提供的簡化Windows 下串行通信編程的ActiveX 控件，通過對此控件的屬性和事件進(jìn)行編程，可以方便地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。利用MSComm 控件制作上位機(jī)軟件，可以實時顯示環(huán)境溫度值和提示信息。

3 硬件設(shè)計

3.1 單片機(jī)控制設(shè)計

本設(shè)計采用STC 公司的STC89C52 單片機(jī)作為主要控制芯片，此單片機(jī)具有4 組8 位I /O 口（DIP-40 封裝） ,3 個16 位定時/ 計數(shù)器，8 個中斷源，8KB Flash 程序存儲器，512Byte 片內(nèi)RAM 數(shù)據(jù)存儲器，一個全雙工串行通信接口。STC 單片機(jī)性價比高，功能多，抗干擾能力很強(qiáng)， 串口編程很方便， 保密性很強(qiáng)。

采用數(shù)字溫度傳感器DS 1 8B2 0 測量環(huán)境溫度，DS18B20 是美國Dallas 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點， 可以直接將溫度值轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號供處理器處理， 特別適合多點溫度測控系統(tǒng)，每片DS18B20 都有惟一的產(chǎn)品號并可存入其ROM 中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18B20 芯片。從DS18B20 讀出或?qū)懭隓S18B20信息僅需要一根端口線， 其讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以將所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20 能提供9 位溫度讀數(shù)， 它無需任何外圍器件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。如圖2 所示，只需將DS18B20 的第4 腳（DQ）和單片機(jī)的一個I /O 口（P2.2）相連，另外還需接一個上拉電阻即可。單片機(jī)通過其I/O 口獲得溫度值，很方便地進(jìn)行處理， 傳輸和控制。

報警電路采用蜂鳴器作為報警器件， 如圖2 所示，只需很少的器件，就能實現(xiàn)單片機(jī)與蜂鳴器的連接。當(dāng)與蜂鳴器所連單片機(jī)的I /O 口輸出低電平時，蜂鳴器則能發(fā)出聲音，系統(tǒng)設(shè)計中，當(dāng)溫度超過31℃時，蜂鳴器則發(fā)出聲音， 實現(xiàn)報警功能。

3.2 單片機(jī)與PC機(jī)接口設(shè)計

單片機(jī)要和PC 機(jī)實現(xiàn)串口通信，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換， 因為單片機(jī)使用的是TTL 電平， 而PC 機(jī)串口使用的是RS232 電平。運(yùn)用MAXIM 公司生產(chǎn)的MAX232芯片實現(xiàn)TTL 電平和RS232 電平轉(zhuǎn)換，如圖3 所示，通過其第11 腳和第12 腳分別與單片機(jī)的第11 腳和第10腳連接， 通過第13 腳， 第14 腳分別與PC 機(jī)串口的第2腳，第3 腳進(jìn)行連接，就能實現(xiàn)單片機(jī)和PC 機(jī)的電平轉(zhuǎn)換、連接、和通信。單片機(jī)與PC 機(jī)接口電路原理圖如圖3 所示。

4 軟件設(shè)計

系統(tǒng)單片機(jī)程序采用C51 進(jìn)行編程， 主要完成對DS18B20 的調(diào)用中斷管理、測量溫度值的計算以及單片機(jī)與P C 機(jī)的串口通信。上位機(jī)軟件采用V BMSComm 控件制作，由于C51 程序較長，此處只介紹上位機(jī)軟件編寫程序，VB 程序如下：

　　Pr ivate Sub Form_Load（ ） ' . . . . . . . . 初始化設(shè)置

　　MSComm1.CommPort = 1 '……使用Com1 口

　　MSComm1.Sett ings = 9600,n,8,1 '. 設(shè)置通訊參數(shù)

　　MSComm1.InBufferSize = 4 ' 設(shè)置接收寄存器等待讀取的字符數(shù)為4

　　MSComm1.RThre shold = 0 ' 初始化為不產(chǎn)生OnComm 事件

　　MSComm1.Por tOpen = True ' .打開串口

　　MSComm1.InputLen = 4 ' 設(shè)置并返回Input 屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)為4

　　MSComm1.InputMode = comInputModeText ' 設(shè)置接收方式為文本方式

　　Me.Caption = 實時溫度控制系統(tǒng) ' 設(shè)置標(biāo)題為 實時溫度控制系統(tǒng)

　　End Sub

　　Pr ivate Sub Command1_Cl ick（ ） '. .自動讀取按鈕

　　Time r1.Enabl e d = True ' . . . . . . . .開啟定時器

　　MSComm 1 . RT h r e s h o l d = 1 ' . . . . . . . . 開啟OnComm 事件觸發(fā)

　　End Sub

　　Pr ivate Sub Command2_Cl ick（ ） '. .清空內(nèi)容按鈕

　　Time r1.Ena bl ed = Fal se ' . . . . . . . . 關(guān)閉定時器

　　MSComm1.RThre shol d = 0 ' . . . . . . . .停止產(chǎn)生OnComm 事件

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

　　' . . . . . . . . 設(shè)置信號指示燈的顏色為白色

　　Te xt 1. Te x t = ' . . . . . . . .清空文本框1 的內(nèi)容

　　Te xt 2. Te x t = ' . . . . . . . .清空文本框2 的內(nèi)容

　　Te xt 3. Te x t = ' . . . . . . . .清空文本框3 的內(nèi)容

　　End Sub

　　Pr ivate Sub Command3_Cl ick（ ） '. .關(guān)閉窗口按鈕

　　Unl o a d Me ' . . . . . . . . 卸載窗體

　　End Sub

　　Pr ivate Sub MSComm1_OnComm（ ） '. . . . . .事件觸發(fā)

　　Dim rec As St ring

　　Select Case MSComm1.CommEvent

　　Case comEvReceive

　　rec = MSComm1. Input

　　Text3.Te xt = r ec

　　MyResul t = （Text3.Text 31）

　　' . . . . . . . . 判斷當(dāng)前溫度是否達(dá)到3 1 ℃

　　I f MyResul t = False Then ' . . . .達(dá)到31℃

　　Shape1.Fi l lColor = RGB（255,0 , 0 ） ' . . . . . . . . 信號燈為紅色

　　Te x t 1 . Te x t = 產(chǎn)生報警' . . . . . . . . 同時信息提示顯示 產(chǎn)生報警

　　El se ' . . . . . . . . 未達(dá)到31 ℃

　　Shape 1.Fi l lColor = RGB（0,1 2 8 , 0 ） ' . . . . . . . . 信號燈為綠色

　　Te x t 1 . Te x t = 溫度正常' . . . . . . . . 同時信息提示顯示 溫度正常

　　End I f

　　Te xt3.Te xt =

Te xt3.Text = re c + ℃

　　MSComm1. InBufferCount = 0 ' 清空接收緩沖區(qū)

　　End Select

　　End Sub

　　Private Sub Timer1_Timer（）

　　Te x t 2 . Te x t = Now ' . . . . . . . . 設(shè)置定時器產(chǎn)生時鐘， 顯示當(dāng)前時間

　　End Sub

5 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)實現(xiàn)功能包括，通過下位機(jī)（單片機(jī)）將DS18B20所測溫度值實時傳輸給上位機(jī)（PC 機(jī)），通過上位機(jī)（PC 機(jī)）監(jiān)控環(huán)境溫度，并具有報警功能。

1.在上位機(jī)軟件中點擊自動讀取按鈕實現(xiàn)自動讀取當(dāng)前時間， 溫度值。當(dāng)正常溫度情況下， 信號指示燈為綠色， 同時信息提示為溫度正常。

2.當(dāng)溫度達(dá)到所設(shè)溫度極限時（本系統(tǒng)所設(shè)溫度極限為31℃） ,信號燈變?yōu)榧t色，信息提示為產(chǎn)生報警,同時硬件部分的蜂鳴器會報警， 如圖4 所示為產(chǎn)生報警時上位機(jī)顯示部分。

6 結(jié)束語

運(yùn)用能直接得到數(shù)字信號的溫度傳感器DS18B20采集溫度，將溫度值通過單片機(jī)I /O 口傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理， 傳輸和控制， 當(dāng)溫度值達(dá)到所設(shè)溫度極限時產(chǎn)生報警，通過串口數(shù)據(jù)線實現(xiàn)下位機(jī)（單片機(jī)）與上位機(jī)（PC 機(jī)）通信，并運(yùn)用VB MSComm 控件制作上位機(jī)軟件，達(dá)到實時顯示環(huán)境溫度和提示信息。系統(tǒng)設(shè)計連接簡單， 實現(xiàn)容易， 使用方便。