一、項目介紹

當(dāng)前文章介紹基于51單片機(jī)的熱敏電阻測溫系統(tǒng)的設(shè)計過程，用于實時監(jiān)測環(huán)境溫度，并在溫度超過預(yù)設(shè)閾值時進(jìn)行報警。由于采用的是熱敏電阻測溫技術(shù)，無需外置溫度傳感器，使得系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低等優(yōu)點。

主控芯片采用STC89C52，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，適應(yīng)于工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用需要。ADC采集模塊采用PCF8591模塊，可方便地實現(xiàn)對熱敏電阻溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和采集，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和實用性。

系統(tǒng)通過4位數(shù)碼管顯示出溫度值，同時通過按鍵設(shè)置溫度上限閥值，當(dāng)溫度超過閥值時，會通過蜂鳴器報警，提醒用戶注意環(huán)境溫度的變化情況。

在項目中主要是用到了熱敏電阻和PCF8591模塊。

（1）熱敏電阻介紹

熱敏電阻（Thermistor）是一種基于材料的電阻元件，其電阻值隨溫度的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。通常情況下，熱敏電阻的電阻值隨溫度升高而降低，反之則隨溫度降低而升高，這種特性被稱為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）或正溫度系數(shù)（PTC）。

熱敏電阻的工作原理是基于材料的溫度敏感性質(zhì)。在熱敏電阻中，存在許多導(dǎo)電粒子，當(dāng)溫度升高時，導(dǎo)電粒子與材料中的離子激發(fā)程度增強(qiáng)，導(dǎo)致導(dǎo)電粒子的數(shù)量變多，因此電阻值降低；反之，當(dāng)溫度降低時，導(dǎo)電粒子的數(shù)量變少，電阻值增加。

（2）PCF8591

PCF8591是一款4通道、8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和1通道、8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的集成電路芯片。可以通過I2C總線與微控制器進(jìn)行通信，實現(xiàn)模擬信號的輸入和輸出。

PCF8591的輸入電壓范圍為0V~VCC（通常為5V），可以通過外部電阻進(jìn)行放大或縮小。它還有一個內(nèi)部參考電壓源，可以通過軟件控制選擇使用。

PCF8591的輸出電壓范圍也是0V~VCC，可以用于控制模擬信號的輸出，比如控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、LED的亮度等。

在熱敏電阻測溫系統(tǒng)中，使用PCF8591模塊來采集熱敏電阻的電壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進(jìn)而計算出溫度值。

二、設(shè)計思路

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主控芯片，熱敏電阻用于測量環(huán)境溫度，PCF8591模塊采集熱敏電阻的溫度數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為正常溫度值，通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示。同時，系統(tǒng)設(shè)置上限閥值，當(dāng)溫度超過該值時，系統(tǒng)會通過蜂鳴器報警。

2.2 硬件設(shè)計

（1）主控芯片

本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，具有強(qiáng)大的計算能力、穩(wěn)定的性能和較低的功耗，支持多種外設(shè)接口，適合于工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

（2）溫度傳感器

本系統(tǒng)采用熱敏電阻作為溫度傳感器，其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，且無需額外的電源供應(yīng)，可直接通過PC8591模塊的輸入端口進(jìn)行檢測。

（3）ADC采集模塊

系統(tǒng)采用PCF8591模塊進(jìn)行ADC采集，具有4路模擬輸入通道和一個模擬輸出通道，采樣精度高達(dá)8位，能夠滿足本系統(tǒng)對溫度信號的準(zhǔn)確采集需求。

（4）數(shù)碼管顯示模塊

系統(tǒng)采用4位共陽數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，其顯示范圍為-999~+9999，可滿足本系統(tǒng)對溫度數(shù)據(jù)的實時顯示需求。

（5）蜂鳴器報警模塊

系統(tǒng)采用蜂鳴器進(jìn)行報警提示，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)閾值時，蜂鳴器會發(fā)出持續(xù)聲響，提醒用戶注意環(huán)境溫度的變化情況。

（6）按鍵模塊

按鍵模塊，方便用戶進(jìn)行閥值的設(shè)置和調(diào)整操作。

2.3 軟件設(shè)計

（1）溫度采集與轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)使用ADC采集熱敏電阻的溫度信號，并將采集到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成溫度值進(jìn)行顯示。轉(zhuǎn)換公式為: T=(adc_value/255.0)*330，其中adc_value為AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字值，330是熱敏電阻的參考電阻值。

（2）溫度上限閥值設(shè)置

系統(tǒng)通過按鍵實現(xiàn)溫度上限閥值的設(shè)置和調(diào)整操作，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行設(shè)定。

（3）報警功能設(shè)計

系統(tǒng)在采集到溫度超過預(yù)設(shè)閾值時，蜂鳴器會發(fā)出聲響進(jìn)行提醒，并且LED指示燈會亮起。

2.4 總體流程

（1）初始化各個模塊，包括單片機(jī)、PCF8591、數(shù)碼管、蜂鳴器和按鍵等。

（2）采集熱敏電阻的溫度信號，并將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為溫度值。

（3）將溫度值通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

（4）檢測當(dāng)前溫度是否超過預(yù)設(shè)閾值，若超過，則觸發(fā)報警并點亮LED指示燈。

（5）用戶可以通過按鍵設(shè)置溫度上限閥值，系統(tǒng)會保存設(shè)置的閾值并進(jìn)行下一次溫度比較。

三、代碼實現(xiàn)

以下是基于51單片機(jī)設(shè)計的熱敏電阻測溫系統(tǒng)的實現(xiàn)代碼。

#include < reg52.h >
 #include < intrins.h >
 ?
 typedef unsigned char u8;
 typedef unsigned int u16;
 ?
 #define PCF8591_address_write 0x90
 #define PCF8591_address_read  0x91
 ?
 sbit SCLK = P1^0;      //PCF8591模塊時鐘線
 sbit DOUT = P1^1;      //PCF8591模塊數(shù)據(jù)線
 sbit DIN = P1^2;       //PCF8591模塊數(shù)據(jù)線
 sbit CS = P1^3;        //PCF8591模塊片選線
 ?
 sbit LATCH1 = P3^4;    //鎖存器1
 sbit LATCH2 = P3^5;    //鎖存器2
 ?
 sbit KEY1 = P2^0;      //按鍵1
 sbit KEY2 = P2^1;      //按鍵2
 ?
 sbit BUZZ = P2^3;      //蜂鳴器
 ?
 u16 ADC_value;         //采集到的ADC值
 float temperature;     //計算得到的溫度值
 ?
 u8 table[] = {  //共陽數(shù)碼管段碼表
     0xc0,   //0
     0xf9,   //1
     0xa4,   //2
     0xb0,   //3
     0x99,   //4
     0x92,   //5
     0x82,   //6
     0xf8,   //7
     0x80,   //8
     0x90,   //9
     0xbf,   //-
 };
 ?
 void delay(u16 i){
     while(i--);
 }
 ?
 void delay_ms(u16 ms){
     u16 i, j;
     for(i=0; i< ms; i++){
         for(j=0; j< 110; j++);
     }
 }
 ?
 void write_PCF8591(u8 data){
     u8 i;
     DIN = 1;
     SCLK = 0;
     CS = 0;
     for(i=0; i< 8; i++){
         DOUT = (data & 0x80) > > 7;
         data < <= 1;
         SCLK = 1;
         SCLK = 0;
     }
     CS = 1;
 }
 ?
 u16 read_ADC(){
     u16 value;
     CS = 0;
     DIN = 1;
     SCLK = 0;
     DIN = 0;
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     SCLK = 1;
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     value = P1;
     SCLK = 0;
     value < <= 8;
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     SCLK = 1;
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     _nop_();
     value |= P1;
     CS = 1;
     return value;
 }
 ?
 void display(u8 addr, u8 dat){
     LATCH1 = 0;
     LATCH2 = 0;
     P0 = addr;
     LATCH1 = 1;
     LATCH1 = 0;
     P0 = table[dat];
     LATCH2 = 1;
     LATCH2 = 0;
 }
 ?
 void main(){
     u8 set_value = 40;  //溫度上限閥值
     u8 temp;
     write_PCF8591(0x40);
     while(1){
         ADC_value = read_ADC();
         temperature = (float)ADC_value * 330 / 255;
         temperature -= 50;
         if(temperature > set_value){  //溫度超過上限閥值，觸發(fā)報警
             BUZZ = 1;
         }
         else{
             BUZZ = 0;
         }
         if(temperature < -99){
             temp = '-';
             display(0x00, temp);
             display(0x01, 10);
             display(0x02, 10);
             display(0x03, 10);
         }
         else if(temperature < 0){
             temp = '-';
             display(0x00, temp);
             temp = ~(int)temperature + 1;
             display(0x01, temp/10);
             display(0x02, temp%10);
             display(0x03, 11);  //小數(shù)點
         }
         else if(temperature > 999){
             display(0x00, 10);
             display(0x01, 9);
             display(0x02, 9);
             display(0x03, 9);
         }
         else{
             display(0x00, temperature/100);
             display(0x01, temperature/10%10);
             display(0x02, temperature%10);
             display(0x03, 11);  //小數(shù)點
         }
         if(KEY1 == 0){  //按鍵1按下，增加上限閥值
             delay_ms(10);
             if(KEY1 == 0){
                 set_value++;
                 while(!KEY1);
             }
         }
         if(KEY2 == 0){  //按鍵2按下，減小上限閥值
             delay_ms(10);
             if(KEY2 == 0){
                 set_value--;
                 while(!KEY2);
             }
         }
         delay_ms(10);
     }
 }

代碼中采用了共陽數(shù)碼管，通過采集熱敏電阻產(chǎn)生的電壓值，計算得到環(huán)境溫度值，再通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示；當(dāng)溫度超過設(shè)定的上限值時，會觸發(fā)蜂鳴器報警。可以通過按鍵對溫度上限閥值進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整操作。
審核編輯：湯梓紅