基于單片機與PC機的溫度監測系統設計

摘要：設計了基于單片機和PC機的溫度監測系統，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據，處理后實時顯示溫度和繪制溫度曲線，還實現了超限報警和保存數據功能。上位機利用Matlab強大的數值計算、圖形顯示和串口操作功能，具有友好人機交互界面，實現了溫度動態監測。
關鍵詞：單片機；PC機；溫度監測；Matlab；串口

溫度是一個重要的物理量，在工農業生產和日常生活中，經常需要對環境溫度進行監測。本文設計了一個溫度監測系統，溫度傳感器采用DS18B20，下位機采用AT89S52單片機，實現溫度測量、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，實現溫度的采集、顯示、繪圖、報警、保存數據等功能。

1 系統總體設計
系統采用AT89S52單片機作為下位機，PC機作為上位機，二者通過串口發送或接收數據，實現環境溫度的測量、顯示、超限報警、測溫數據保存等功能。系統總體設計框圖如圖1所示。

單片機最小系統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℃，數據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共陽極數碼管，采用動態驅動方式，數碼管的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個數碼管輪流動態顯示。超限溫度報警采用蜂鳴器，由單片機的P2．1口控制發聲。
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。上位機動態溫度監測系統利用Matlab軟件設計友好人機交互界面，實現溫度數據的設置、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實現溫度數據的采集和處理，并在LED數碼管上實時顯示當前溫度，保留小數點后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數碼臂上顯示；
3)通過串口接收要求發送溫度數據的命令，向上位機發送溫度數據；
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出不同聲音，用來區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的初始化，主要包括DS18B20和串口的初始化；4個LED數碼管顯示“0000”，等待上位機發送上限溫度數據；接收數據后顯示，等待上位機發送下限溫度數據；接收數據，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位字節和高8位字節組成16位無符號整型溫度數據(其中低4位為沮度的小數部分，中間8位為溫度的整數部分)，處理沮度數據并在數碼臂上顯示溫度值；判斷溫度，超限報警；接收到上位機發送的命令字“255”就向上位機發送由DS18B20讀出的16位溫度數據，先發送低8位字節，后發送高8位字節；返回讀DS18B20溫度值。