基于單片機與計算機串口的溫度實(shí)時(shí)監控系統設計

摘要：設計了一種溫度實(shí)時(shí)監控系統。該系統通過(guò)單片機實(shí)現實(shí)時(shí)控制，并通過(guò)串口連接單片機與上位計算機，在計算機中實(shí)現實(shí)時(shí)監控、大容量的數據存儲及數據分析等功能，解決了常規溫度測量方法在溫度測量實(shí)時(shí)性差、不能儲存數據及缺乏數據分析功能等方面的缺陷。
關(guān)鍵詞：串口通信；實(shí)時(shí)溫度監控；MSComm控件；DS18B20

溫度監控系統在農業(yè)、工業(yè)和生活中有著(zhù)廣泛的應用，但隨著(zhù)監控的面積擴大，監控點(diǎn)的增加及控制處理趨于智能化等新的應用要求出現，傳統的溫度控制系統已經(jīng)逐漸不適用，首先是不便于觀(guān)察而且不能及時(shí)地對異常溫度變化做出迅速反應，其次是傳統的溫度控制系統不能儲存大量數據，不能對監控的數據進(jìn)行分析，不便于對溫度情況進(jìn)行長(cháng)期的監測和科學(xué)的分析，為了解決以上問(wèn)題，本文設計了一個(gè)能實(shí)時(shí)響應溫度并進(jìn)行控制的溫度實(shí)時(shí)控制系統，并且采用與計算機串口通信結合的方式通過(guò)計算機增大了系統儲存量，而且在計算機系統中收集和處理溫度控制系統的數據，大幅度的增強了該系統的功能，并具備較強的擴展性。
隨著(zhù)計算機技術(shù)特別是單片機技術(shù)的發(fā)展，串口通信在諸多領(lǐng)域上得到了廣泛的應用，計算機可以通過(guò)串口來(lái)獲取單片機的各種數據，然后利用計算機強大的功能進(jìn)行處理，再根據處理的結果發(fā)送數據到單片機，實(shí)現遠程控制設備。本設計采用上位機和下位機的互聯(lián)工作，而計算機的分析處理能力較強，有很好的人機界面和大容量的多種存儲方式，所以上位機一般采用計算機，單片機具有價(jià)格低，功能強，較好的抗干擾能力和面向控制等特點(diǎn)，所以下位機采用單片機來(lái)構成互聯(lián)工作模式。由于串行通信具有高效可靠、價(jià)格便宜，遵循統一的標準等特點(diǎn)，適用于本設計的通信要求。

1 硬件設計
1．1 電路設計
溫度實(shí)時(shí)控制系統的下位機由7個(gè)部分組成(詳見(jiàn)圖1)，其中測量環(huán)境溫度使用DS18B20數字溫度傳感器，它將溫度傳感器、A／D傳感器、寄存器、接口電路集成在一個(gè)芯片中，采用1-Wire總線(xiàn)協(xié)議，可實(shí)現直接數字化輸出。DS18B20數字溫度傳感器溫度測量范圍為-55～+125℃，測溫分辨率可達0．062 5℃，被測溫度用符號擴展的16位數字量進(jìn)行串行輸出，適配各種單片機或系統機。使用這種傳感器不需要A／D轉換電路，可以大大簡(jiǎn)化電路，溫度測量精度和速度都大幅提高。

本設計利用MAX232進(jìn)行電平轉換，實(shí)現計算機和單片機的互聯(lián)通信。MAX232是低功耗、單電源雙RS 232發(fā)送／接收器，適用于各種EIA-232 E和V．28／V．24的通信接口。MAX232芯片內部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5 V電源變換成RS 232C輸出電平所需±10 V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統只要單一的+5 V電源就可以。在MAX232芯片上，選用其中一路發(fā)送／接收，R2OUT接89C52的RXD(P3．0)，T2IN接89C52的TXD(P3．1)，T2OUT接PC機的RD，R2IN接PC機的TD，這樣就能通過(guò)P3．0和P3．1I／O口就實(shí)現單片機與計算機互聯(lián)通
信。本設計的信號燈部分一共使用6只LED燈，其中Start燈亮表示單片機上電工作，RX2(P3．0)燈亮表示接受從PC機傳來(lái)的數據，TX2(P3．1)燈亮表示向PC機發(fā)送數據。m1，m2，m3三顆燈分別對應的接口為P2．5，P2．6，P2．7，當3個(gè)溫度傳感器探測的溫度大于設定值則變亮。
總體電路設計是以單片機為中心，整合和控制各部分。本設計的單片機是STC89C52，它通過(guò)XTAL1，XTAL2引腳外接晶振和電容實(shí)現11．0 59 2 MHz的時(shí)鐘周期，這能產(chǎn)生準確的波特率，有利于串行通信。它的RESET引腳外接電路實(shí)現上電自動(dòng)復位和按鍵電平復位，P1．4～P1．7引腳接有4個(gè)按鍵，實(shí)現時(shí)間和溫度的設定。單片機通過(guò)P1．0，P1．1，P1．2引腳讀出3個(gè)溫度傳感器的溫度值，然后通過(guò)P0端口和P2．0，P2．1，P2．2控制液晶板，在液晶上顯示時(shí)間和溫度值。同時(shí)經(jīng)過(guò)單片機內部程序，控制信號燈的亮滅，發(fā)送和接受計算機的數據。
1．2 單片機程序設計
基于上節所述的硬件設計，編寫(xiě)程序以實(shí)現期望的功能，其中主程序不斷刷新LCD顯示的內容，定時(shí)器T0中斷程序用于時(shí)鐘的功能，定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，串口中斷實(shí)現與PC機的通信。