基于單片機的自動溫度測量報警系統設計

摘要：目前，在自動控制領域用溫度作為一種控制量對系統進行自動控制已經越來越普遍。針對這種實際情況本文設計了一種簡單實用的溫度報警系統。該系統以AT89C51單片機為中央處理單元，大大降低了系統開發的成本。通過溫度傳感器LM35采集外部的溫度，并將溫度轉換成相應的電壓值。A／D轉換裝置對電壓值進行模數轉換，將結果送入中央處理單元進行計算。單片機根據其處理的結果決定是否需要啟動報警裝置。結果表明，該系統可以在5～150℃環境下工作，當外界的溫度達到設定的報警溫度時該系統能夠及時地做出反應，具有一定的現實價值。
關鍵詞：AT89C51；傳感器；A／D轉換；自動報警

目前，無論是在工業生產中還是在科研實驗中通過對溫度測量來進行自動控制的設備越來越普及，應用場合也越來越多。隨之而來的問題是，如何能夠測得精確的溫度以保證自動控制設備能夠正確地發出控制指令來控制生產過程。另一方面，如果溫度過高可能會對一些設備中的一些半導體元器件造成損壞。因此，對于自動高溫報警的需求也在逐漸增加。本文基于以上方面的考慮，研究并設計了一種基于單片機的自動溫度測量與報警系統。

1 系統硬件設計
盡管目前市場上單片機的品種多樣，功能也越來越多，但是受成本約束，性能優良的8位單片機仍然是工業檢測與控制應用領域的首選。
本系統就是以ATMEL公司的AT89C51單片機為中心，通過模數轉換器AD7812對溫度傳感器的輸出電壓進行模數轉換，再將轉換結果送入單片機進行相應的處理，通過編程分析處理的結果，最后決定是否報警。下面分別介紹各個硬件功能模塊的設計。
1．1 溫度傳感器設計
溫度傳感器是感知外部環境中溫度變化的重要元件，它是外界與本系統的接口。它將外界溫度的變化轉化成電壓的變化，這樣通過對電壓的處理與分析就可以間接地測量出外界溫度。本系統采用的溫度傳感器為LM35，該溫度傳感器由美國國家半導體公司生產，在常溫下，不需要額外的校正處理就可以到達0．25℃的準確率。其輸出電壓與攝氏溫度成線性關系，并且這種關系可以表示為：

式中，Vo為傳感器的輸出電壓，單位V，T是外界環境中的溫度，單位℃。由于LM35能夠測量的最高溫度是150℃，由式(1)可得其最大輸出電壓為1．5 V。為了能夠與AD7812的輸入進行匹配，故需要對傳感器的輸出電壓進行放大，放大的倍數約為3．33倍。可采用集成運放連接成同向放大器來實現電壓放大的功能。經過放大后的電壓約為5 V，恰好能夠與模數轉換部分的輸入相匹配。該部分電路設計如圖1所示。