基于单片机和PC机的实时温度控制系统设计

1 引言

温度是日常生活中非常重要的物理量，其测量包括接触式和非接触式两种，前者需要感温元件与被测物体接触，会产生滞后现象，后者则是通过接收被测介质发出的辐射来实现的。实时温度控制系统运用数字温度传感器DS18B20采集温度，单片机作为主控芯片来对温度值进行处理，控制和传输，通过蜂鸣器实现报警功能，运用VB编程制作上位机管理软件。整个系统设计结构简单，连接方便，易于管理，可以应用于人不宜或者不易接触的地方，达到自动读取环境温度，并具有报警功能，节省人力和物力。

2 系统基本原理

系统结构框图如图1所示，数字温度传感器DS18B20将待测介质温度值传递给单片机，单片机对温度值进行处理，当温度超出所设范围(本系统所设温度极限为31℃)则通过报警电路实现报警。通过RS232串口实现PC机与单片机的通信，单片机将采集到的温度值传递给PC机。

     图1 系统结构框图

通过使用Visual Basic中的通信控件MSComm(Microsoft Communication Control)，可以在Windows环境下轻松实现串口数据交换，MSComm是Microsoft提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过对此控件的属性和事件进行编程，可以方便地发送和接收数据。利用MSComm控件制作上位机软件，可以实时显示环境温度值和提示信息。

3 硬件设计

3.1 单片机控制设计

本设计采用STC公司的STC89C52单片机作为主要控制芯片，此单片机具有4组8位I/O口(DIP-40封装)，3个16位定时/计数器，8个中断源，8KB Flash程序存储器，512Byte片内RAM数据存储器，一个全双工串行通信接口。STC单片机性价比高，功能多，抗干扰能力很强，串口编程很方便，保密性很强。

     图2 单片机控制电路idan;lai电路

采用数字温度传感器DS18B20测量环境温度，DS18B20是美国Dallas公司生产的单线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可以直接将温度值转换为串行数字信号供处理器处理，特别适合多点温度测控系统，每片DS18B20都有惟一的产品号并可存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入DS18B20信息仅需要一根端口线，其读写及温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以将所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。DS18B20能提供9位温度读数，它无需任何外围器件即可方便地构成温度检测系统。如图2所示，只需将DS18B20的第4脚(DQ)和单片机的一个I/O口(P2.2)相连，另外还需接一个上拉电阻即可。单片机通过其I/O口获得温度值，很方便地进行处理， 传输和控制。

报警电路采用蜂鸣器作为报警器件，如图2所示，只需很少的器件，就能实现单片机与蜂鸣器的连接。当与蜂鸣器所连单片机的I/O口输出低电平时，蜂鸣器则能发出声音，系统设计中，当温度超过31℃时，蜂鸣器则发出声音，实现报警功能。

3.2 单片机与PC机接口设计

单片机要和PC机实现串口通信，需要进行电平转换，因为单片机使用的是TTL电平，而PC机串口使用的是RS232电平。运用MAXIM公司生产的MAX232芯片实现TTL电平和RS232电平转换，如图3所示，通过其第11脚和第12脚分别与单片机的第11脚和第10脚连接，通过第13脚，第14脚分别与PC机串口的第2脚，第3脚进行连接，就能实现单片机和PC机的电平转换、连接、和通信。单片机与PC机接口电路原理图如图3所示。

     图3 单片机与PC机串口通信接口电路

4 软件设计

系统单片机程序采用C51进行编程，主要完成对DS18B20的调用中断管理、测量温度值的计算以及单片机与PC机的串口通信。上位机软件采用VBMSComm控件制作，由于C51程序较长，此处只介绍上位机软件编写程序，VB程序如下：

Private Sub Form_Load( ) \' . . . . . . . . 初始化设置
     MSComm1.CommPort = 1 \'……使用Com1口
     MSComm1.Settings = "9600，n，8，1" \'. 设置通讯参数
     MSComm1.InBufferSize = 4 \' 设置接收寄存器等待读取的字符数为4
     MSComm1.RThre shold = 0 \' 初始化为不产生OnComm事件
     MSComm1.PortOpen = True \' .打开串口
     MSComm1.InputLen = 4 \' 设置并返回Input属性从接收缓冲区读取的字符数为4
     MSComm1.InputMode = comInputModeText \' 设置接收方式为文本方式
     Me.Caption = " 实时温度控制系统" \' 设置标题为" 实时温度控制系统"
     End Sub
     Private Sub Command1_Click( ) \'. .自动读取按钮
     Timer1.Enabled = True \' . . . . . . . .开启定时器
     MSComm 1 . RThreshold = 1 \' . . . . . . . . 开启OnComm事件触发
     End Sub
     Private Sub Command2_Click( ) \'. .清空内容按钮
     Timer1.Enabled = False \' . . . . . . . . 关闭定时器
     MSComm1.RThre shold = 0 \' . . . . . . . .停止产生OnComm事件
     Shape1 . FillColor = RGB(255，255，255)
     \' . . . . . . . . 设置信号指示灯的颜色为白色
     Text1. Text = " " \' . . . . . . . .清空文本框1的内容
     Text2. Text = " " \' . . . . . . . .清空文本框2的内容
     Text3. Text = " " \' . . . . . . . .清空文本框3的内容
     End Sub
     Private Sub Command3_Click( ) \'. .关闭窗口按钮
     Unload Me \' . . . . . . . . 卸载窗体
     End Sub
     Private Sub MSComm1_OnComm( ) \'. . . . . .事件触发
     Dim rec As String
     Select Case MSComm1.CommEvent
     Case comEvReceive
     rec = MSComm1. Input
     Text3.Text = rec
     MyResult = (Text3.Text< "31")
     \' . . . . . . . . 判断当前温度是否达到31℃
     If MyResult = False Then \' . . . .达到31℃
     Shape1.FillColor = RGB(255，0 ，0 ) \' . . . . . . . . 信号灯为红色
     Text1 . Text = " 产生报警"\' . . . . . . . . 同时信息提示显示" 产生报警"
     Else \' . . . . . . . . 未达到31℃
     Shape1.FillColor = RGB(0，128，0 ) \' . . . . . . . . 信号灯为绿色
     Text1 . Text = " 温度正常"\' . . . . . . . . 同时信息提示显示" 温度正常"
     End If
     Text3.Te xt = " "
     Text3.Text = rec + "℃"
     MSComm1. InBufferCount = 0 \' 清空接收缓冲区
     End Select
     End Sub
     Private Sub Timer1_Timer()
     Text2 . Text = Now \' . . . . . . . . 设置定时器产生时钟，显示当前时间
     End Sub

5 系统调试

系统实现功能包括，通过下位机(单片机)将DS18B20所测温度值实时传输给上位机(PC机)，通过上位机(PC机)监控环境温度，并具有报警功能。

1.在上位机软件中点击"自动读取"按钮实现自动读取当前时间，温度值。当正常温度情况下，信号指示灯为绿色，同时信息提示为"温度正常"。

2.当温度达到所设温度极限时(本系统所设温度极限为31℃) ，信号灯变为红色，信息提示为"产生报警"，同时硬件部分的蜂鸣器会报警，如图4所示为产生报警时上位机显示部分。

     图4 产生报警时上位机显示部分

6 结束语

运用能直接得到数字信号的温度传感器DS18B20采集温度，将温度值通过单片机I/O口传递给单片机进行处理，传输和控制，当温度值达到所设温度极限时产生报警，通过串口数据线实现下位机(单片机)与上位机(PC机)通信，并运用VBMSComm控件制作上位机软件，达到实时显示环境温度和提示信息。系统设计连接简单，实现容易，使用方便。