基于单片机与PC机的温度监测系统设计

摘要：设计了基于单片机和PC机的温度监测系统，温度传感器采用DS18B20。下位机采用AT89S52单片机，可以显示温度和超限报警。PC机作为上住机设定上下限报警温度，接收单片机的温度数据，处理后实时显示温度和绘制温度曲线，还实现了超限报警和保存数据功能。上位机利用Matlab强大的数值计算、图形显示和串口操作功能，具有友好人机交互界面，实现了温度动态监测。
关键词：单片机；PC机；温度监测；Matlab；串口

温度是一个重要的物理量，在工农业生产和日常生活中，经常需要对环境温度进行监测。本文设计了一个温度监测系统，温度传感器采用DS18B20，下位机采用AT89S52单片机，实现温度测量、显示、超限报警等功能，上位机采用PC机，利用Matlab设计了友好人机交互界面，实现温度的采集、显示、绘图、报警、保存数据等功能。

1 系统总体设计
系统采用AT89S52单片机作为下位机，PC机作为上位机，二者通过串口发送或接收数据，实现环境温度的测量、显示、超限报警、测温数据保存等功能。系统总体设计框图如图1所示。

单片机最小系统包括单片机工作所必需的复位电路、时钟电路和电源电路。温度传感器采用DS18B20芯片，测量温度范围为-55～+125 ℃，该芯片不需要外接电源，可编程的分辨率为9～12位，测温分辨率最高可达0．062 5℃，数据传送只需要一条通信线，接单片机的P2．0口。温度显示部分使用4个八段LED共阳极数码管，采用动态驱动方式，数码管的a，b，c，d，e，f，g，DP八段由单片机P0．0—P0．7口控制，单片机的P1．0—P1．3口控制4个数码管轮流动态显示。超限温度报警采用蜂鸣器，由单片机的P2．1口控制发声。
PC机的串行口采用的是标准的RS 232接口，而单片机的串行口电平是TTL电平，与RS 232的电气特性不匹配，所以系统采用常用芯片MAX 232来完成电平的转换，使单片机的串行口能与RS 232接口通信。上位机动态温度监测系统利用Matlab软件设计友好人机交互界面，实现温度数据的设置、采集、计算、显示与保存等功能。

2 下位机程序设计
单片机作为下位机，其主要任务是：
1)通过DS18B20实现温度数据的采集和处理，并在LED数码管上实时显示当前温度，保留小数点后1位；
2)通过串口接收上位机设定的上下限报警温度，并在LED数码臂上显示；
3)通过串口接收要求发送温度数据的命令，向上位机发送温度数据；
4)判断当前温度，如果超限启动蜂鸣器报警，设定不同频率的方波驱动蜂鸣器发出不同声音，用来区分超上限还是超下限。

单片机采用Keil C51编写程序，DS18B20分辨率设为12位，其主程序流程图如图2所示。主程序主要完成系统的初始化，主要包括DS18B20和串口的初始化；4个LED数码管显示“0000”，等待上位机发送上限温度数据；接收数据后显示，等待上位机发送下限温度数据；接收数据，显示下限温度并延迟约2秒后开始测湿。读DS18B20温度值，将读取的低8位字节和高8位字节组成16位无符号整型温度数据(其中低4位为沮度的小数部分，中间8位为温度的整数部分)，处理沮度数据并在数码臂上显示温度值；判断温度，超限报警；接收到上位机发送的命令字“255”就向上位机发送由DS18B20读出的16位温度数据，先发送低8位字节，后发送高8位字节；返回读DS18B20温度值。