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[项目] 温度报警器

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本帖最后由丄帝De咗臂于 2015-8-31 17:57 编辑

【简介】本项目中我们使用四位数码管、温度传感器和蜂鸣器，通过Arduino程序制作温度报警器，使温度超过30度时自动报警。最后完成图如下
温度报警器图2

【器材】Arduino Nano，四位数码管，蜂鸣器，LM35温度传感器，面包板，导线若干。
【原理】电路原理图如下

温度报警器图3

【接线】接线示意图如下

温度报警器图4

【程序】代码程序如下

/*
功能：显示0-70℃范围室内温度，分辨0.5℃
采用红色超高亮度共阳的4位数码管，以及输出平衡程序代码，使得数码管之间亮度基本平衡
温度计随着电源电压波动会产生较大误差，按照USB口输出电池电压4.7V设计；如果脱机使用3节5号电池供电，电压4.0-4.5V，这时温度显示会偏高
*/
//把部分模拟口改成数字口：A0～A5对应D15～D19
int a = 15;//设置A1口连接数码管a段
int b = 19;//设置A5口连接数码b段
int c = 7;//设置D7口连接数码管c段
int d = 5;//设置D5口连接数码管d段
int e = 4;//设置D4口连接数码管e段
int f = 16;//设置A2口连接数码管f段
int g = 8;//设置D8口连接数码管g段
int dp = 6;//设置D6口连接数码管dp段
int tempPin = 7;//lm35信号端连接A7
int d1 = 14;//设置A0口连接第一个数码管公共阴极
int d2 = 17;//设置A3口连接第二个数码管公共阴极
int d3 = 18;//设置A4口连接第三个数码管公共阴极
int d4 = 9;//设置D9口连接第四个数码管公共阴极
//设置变量
int n = 0;//设置温度的变量
int del = 2; //此处数值对各位数码管之间的亮度进行微调，越大该位数码管越亮
unsigned long m=0;//设置一个消除数码管频繁闪亮的计时器变量

//以下用数组给数码管的管脚赋值，程序很简洁
byte segs[7] = { a, b, c, d, e, f, g };//将除了小数点外的7段笔划作为一个数组
byte seven_seg_digits[10][7] = { { 1,1,1,1,1,1,0 },//设置数码管显示0的数组
                               { 0,1,1,0,0,0,0 },//设置数码管显示1的数组
                               { 1,1,0,1,1,0,1 },//设置数码管显示2的数组
                               { 1,1,1,1,0,0,1 },//设置数码管显示3的数组
                               { 0,1,1,0,0,1,1 },//设置数码管显示4的数组
                               { 1,0,1,1,0,1,1 },//设置数码管显示5的数组
                               { 1,0,1,1,1,1,1 },//设置数码管显示6的数组
                               { 1,1,1,0,0,0,0 },//设置数码管显示7的数组
                               { 1,1,1,1,1,1,1 },//设置数码管显示8的数组
                               { 1,1,1,1,0,1,1 }//设置数码管显示9的数组
                               }; 
/****************************初始化设置函数****************************/
void setup()
{
  pinMode(d1, OUTPUT); //设置引脚为输出状态
  pinMode(d2, OUTPUT); //同上
  pinMode(d3, OUTPUT); //同上
  pinMode(d4, OUTPUT); //同上
  pinMode(a, OUTPUT); //同上
  pinMode(b, OUTPUT);// 同上
  pinMode(c, OUTPUT);// 同上
  pinMode(d, OUTPUT);// 同上
  pinMode(e, OUTPUT);// 同上
  pinMode(f, OUTPUT);// 同上
  pinMode(g, OUTPUT);// 同上
  pinMode(dp, OUTPUT);// 同上
  pinMode(11, OUTPUT);//设置蜂鸣器输出状态
  digitalWrite(11, LOW);//蜂鸣器关闭
  Serial.begin(9600);//设置模拟口的采样频率
}
/***************************主程序（循环）******************************/
void loop()//运行程序
{
 //float tempval= (3.5* analogRead(tempPin))*1000/1024;//将温度传感器获得的电压模拟量赋值给变量temval
//从模拟口A0输入温度传感器LM35的温度转换电压，0℃：0V，+1℃：+10mV
//float tempval=analogRead(tempPin)* 4.88;//5V电压，是理想的电源电压
 float tempval=analogRead(tempPin)* 4.6;//4.7V，是电脑USB口输出的实测电压
//float tempval=analogRead(tempPin)* 4.0;//4.1V,3节5号电池电压
//  float tempval=map(10*analogRead(tempPin),0,460,0,220);//数值区间影射函数，把一个区间的数值，线性地影射到另一个区间；这里把模拟输出采集的数值0-300（应该是0-200左右），影射到0℃-100℃，因为有一位小数，故乘以10
if (m%30==0) n=int(tempval); //设定温度的刷新时间为0.3秒，也可消除数码管闪烁的语句
/*数码管闪烁的原因是因为采样速率高达9600，所以温度数值变化很快，而数据处理产生近似值不是连续的，导致显示数值经常闪烁，影响读数。
如果用延时方法，则数码管的最右边数字特别亮，其他数字亮度很低，所以采用自设的计时器“m”，用求余数除法，过30个计时单位才采集一次显示温度数值，有效地消除了闪烁现象，并且不影响程序的正常运行*/
      if (n>300)  digitalWrite(11, HIGH);//大于30度时，蜂鸣器报警
      if (n<=300)  digitalWrite(11, LOW);//小于30度时，蜂鸣器停止鸣叫
//以下显示温度的数值，可显示xxx.x℃
  clearLEDs();//数码管数字显示清屏
  delay(del);//延时2ms(为什么是2ms)
  lightSegments(n/1000%10);//显示百位数值
  //如果到100度，这位数码管点亮
  pickDigit((n/1000%10>0));//如果不到100度，则这位数码管熄灭
  
clearLEDs();//数码管数字显示清屏
  delay(del);//延时2sm
  pickDigit(2); //点亮第二个数码管
  lightSegments(n/100%10);//显示十位数值
  delay(del+2);//延时增加50%，以增加这个数码管的亮度
 
  clearLEDs();//数码管数字显示清屏
  pickDigit(3);//左边第三个数码管点亮
  lightSegments(n/10%10);//显示个位数值
  dispDec(3);//这个数码管要有小数点（哪个？）
  delay(del+2);//这个数码管增加亮度
  
  clearLEDs();//数码管数字显示清屏
  delay(del);//这个数码管亮度减弱
  pickDigit(4);//点亮左边第四个数码管
  lightSegments(n%10);//显示十分位数值
  delay(del-1);//这个数码管减少亮度
  m++;//消除数码管闪烁的计时器变量
  
//发送到串口监视窗口，以便观察变量数值
Serial.println(analogRead(tempPin));//串口调试器显示A7引脚读取数值        
Serial.println(n);//串口调试器显示温度数值
}
/*实测结果表明，这个温度计受电源电压的影响较大，原因是LM35自带稳压，工作电压：4V-20V，输出电压稳定；当电池电压降低后，这个稳定的电压在模拟口的输出数值就会增大，导致误差；此外，由于模拟口的分别率只有1024级，温度数值的误差也大*/
/*****************************打开数码管子函数**************************/
void pickDigit(int x)  //定义pickDigit(x)，轮流打开4位数码管中的一个
{
  digitalWrite(d1, LOW);//共阳极数码管，LOW则关闭
  digitalWrite(d2, LOW);//共阳极数码管，LOW则关闭
  digitalWrite(d3, LOW);//共阳极数码管，LOW则关闭
  digitalWrite(d4, LOW);//共阳极数码管，LOW则关闭
  switch(x)
  {
  case 1: 
    digitalWrite(d1, HIGH); //打开最左边的高位数码管，即数码管的百位
    break;
  case 2: 
    digitalWrite(d2, HIGH); //打开最左边的高位数码管，即数码管的十位
    break;
  case 3: 
    digitalWrite(d3, HIGH); //打开最左边的高位数码管，即数码管的个位
    break;
  case 4:// default: //打开最左边的高位数码管，十分位
digitalWrite(d4, (m%100>=30)); //用余数的区间产生数字闪烁，周期大概是1秒，30%的时间熄灭
//这样便于观察结果，特别是温度保持不变的时候，给人以设备正常运行的感觉
//这个方法也可用在时钟里，可产生闪烁的效果，通过模的数值和条件的改变，得到各种闪烁效果
    break;
  }
}
 /*****************************点亮小数点子函数*************************/
void dispDec(int x) 
{
digitalWrite(dp, LOW);//点亮小数点
}
/******************************清屏子函数******************************/
void clearLEDs() 
{
    for (int i = 0; i < 7; i++) //变量i在0到6直接变化
{ 
    digitalWrite(segs[i], HIGH);//共阳数码管，笔画段高电平熄灭
     }  
    digitalWrite(dp, HIGH);//小数点熄灭
}
/***********************点亮对应数字的数码管*************************/
void lightSegments(int x) //数码管显示数字子函数
{
 for (int i = 0; i < 7; i++) //变量在0到6之间变化
{ 
 digitalWrite(segs[i], 1-seven_seg_digits[x][i]);//由于笔画字段是按照共阴级数码管编写的，这里要用算术转换成共阳极数码管的输出结果
  }
}
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