温室温度检测及报警器的设计与功能实现

摘要：该文通过对系统的硬件部分和软件部分设计并开发能检测温度信号，并能产生报警信号的系统，达到温度检测及报警的要求。硬件部分实现了对控制模块的设计，软件部分通过汇编语言实现了主程序和子程序。通过实验证明，该设计实现了对温度的检测和报警功能。

关键词：温度检测；报警器；汇编语言

中图分类号：TP313文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2906-02

1解决问题的方法与思路

1.1硬件部分

实验采用：温度传感器DS18B20用于检测温度值，可编程并行接口芯片8255一片，七段LED显示器，发光二极管一只，蜂鸣器一个。

1.2软件部分

①首先要对8255进行初始化设计，设置8255的工作方式并确定8255的端口地址；②将温度界限值在LED上显示出来；③启动DS18B20，发出温度检测命令，将温度值在LED上显示出来；④把测得的温度值和界限值相比较，若大于界限值，则进行声光报警。

2硬件设计

2.1可编程并行接口芯片8255A

利用8255A将界限值和温度值通过LED显示出来，同时8255A的PC0与DS18B20相连，向其发出温度检测命令及接受温度数据，PC5和蜂鸣器及发光二极管相连，用于声光报警。

2.2 DS18B20温度传感器

利用温度传感器检测温度，并转换为数字量和设定的界限值比较。

DS18B20可编程温度传感器有三个管脚。GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与CPU相连。VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3.0—5.5V。本系统中使用外部电源供电。

其主要特点为：①用户可以自行设定报警上下限温度值；②不需要外部组件，能测量-55—+125°C范围内的温度；③在-10—+ 85°C范围内的测温准确度为±0.5°C；④通过编程可以实现9—12位的数字读数方式，可在至多750MS内将温度转换成12位数字，测温分辨率可达到0.0625°C；⑤独特的单总线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线既可实现和微处理器的双向通讯。

2.3蜂鸣器

在本实验中，蜂鸣器用作声音报警。蜂鸣器是将电能转化成声能，并将声能辐射到空气中去的一种电声转换器件。它一般包括灵敏度、频率响应、额定功率、额定阻抗、指向性、失真、音质听感评价等。

2.4发光二级管

发光管用于对超过界限的温度值进行发光报警。发光管，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。

2.5七段LED显示器

利用LED显示器显示预设的温度界限值以及测定的温度值。七段LED显示器可以控制在哪几个数位上，哪几个发光二极管亮，从而显示数字。其工作原理：如果发光二极管共阳极，则输入为0时亮，为1时不亮，反之如果发光共阴极，则输入1时亮，0时不亮。发光二极管时一种外加电压超过额定电压时发生击穿，并因此能产生可发光的器件，数码显示器通常由多个发光二极管来组成七段或八段笔画显示器，当段组合发光时，便会显示某一个数码管或字符。

2.6硬件总逻辑说明

本设计主要使用了DS18B20，8255，七段LED显示器以及发光二极管和蜂鸣器。其中DS18B20用来进行温度的采集，8255是用来接受DS18B20采集的温度，并完成输出的工作，七段LED显示器是将8255输出的数据进行显示，发光二极管和蜂鸣器是对越界温度值产生报警信号。

8255的PA口和PB口分别作为七段LED显示器的段选和位选，可以把界限值和温度值通过LED显示。8255的PC口的PC0和DS18B20相连，PC5和发光二极管和蜂鸣器相连，控制系统进行声光报警。

3控制程序设计

3.1控制程序设计思路说明

由于DS18B20采用串行数据传送和单总线数据传输方式，其数据输入输出都由同一条线完成。因此，对读写的操作时序要求严格。为了保证DS18B20有严格的读写时序，需要做较精确的延时。在操作中用到的延时有15us，90us，270us，540us等，可以在程序设计时用延时子程序来读写延时操作。

首先对8255初始化，将8255的C口清零，防止刚开始就报警，A口用于LED的段选，B口用于LED的位选。启动DS18B20开始温度检测，发出温度转换命令，通过8255的PC0按位传输到DS18B20，再把测量的温度值按位暂存在寄存器AX中，再将此温度值和设定的界限值通过LED显示器显示出来，同时比较二者的大小，若温度值超过界限值，则通过蜂鸣器和发光管进行报警。

4上机调试过程

4.1硬件调试

此设计采用了全新的硬件系统，通过在试验过程中不断发现和解决问题，最终实现十进制输出，增加了小数部分，让程序渐渐完善起来了。

4.2软件调试

①由于8255C口开始可能没有全部清零，启动新机器就会进行声光报警，程序中加入程序段使C口清零，同时在DS18B20的启动和读温度程序中也要加入C口清零的程序段，防止开始实验和温度检测过程中发生报警。

②程序调试中主要是在显示数据的时候出现了一些问题，开始的时候由于没有加入显示小数部分，致使小数被忽略掉，严重影响到温度的准确性，所以又修改了程序，使得小数也可以显示出来，大大提高了结果的准确性。并且使得两个温度值可以同步显示。在报警的时候，由于有延时，会让数据显示出现闪烁的情况，经过修改，报警程序的延时直接使用了显示子程序中的延时程序段，这样就不会出现闪烁的现象了。

4.3调试结果及问题的提出

经过不断对软硬件调试以及联机调试，程序运行后，DS18B20温度传感器可以实时检测温度并转换成数字量，DS18B20内部包含模数转换的功能，因此在试验中不需要另外增加模数转化器。实验ds18b20的显示数据是用十进制表示，可以很清楚的显示小数部分，当前的温度显示一目了然，界限值也是用十进制显示的，方便比较是否越界，便于判断报警是否正确。在和设定的界限值比较，可以在显示器上直观的观察温度值是否越界，如果温度值大于界限值，则进行声光报警。

5结论

该设计可将外界采集到的温度信号量经过ds18b20完成模数转换到达8255与给出的界限值进行比较，接受界限值和与界限值进行比较以及输出报警信号均通过8255A芯片传输，界限值在程序中设定给出，判断是否越界，若越界则进行声光同时报警。从结果可以看出，ds18b20温度测设是比较准确的。ds18b20测温的范围很大，还可以测试零下的温度值。试验中测试的温度是显示成十进制，可以发现ds18b20显示的结果是能测试到小数值的，看出它的准确度还是很高的。

通过设计,笔者充分认识到理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。笔者所做的设计不仅可以用于大棚内的温度测试，还可以用于室内的火灾报警等系统中。

参考文献：

[1]高西全,丁玉美,阔永红.数字信号处理原理、实现及应用[M].北京：电子工业出版社,2006.

[2]林凌,李刚.新型单片机接口器件与技术[M].北京：西安电子科技大学出版社,2005.

[3]杨宁.单片机与控制技术[M].北京：北京航天航空大学出版社,2005.

[4]梅丽凤,王艳秋.单片机原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社,2009.

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