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