基于單片機(jī)應(yīng)用
——多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王聰

渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)應(yīng)用
——多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王聰

渤海大學(xué)工學(xué)院

從古至今，在人們的日常生活和生產(chǎn)中，人們經(jīng)常會(huì)用到溫度，人們出門在外要考慮到溫度，工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候同樣要考慮溫度，可以說(shuō)是非常重要的物理量。溫度的細(xì)微變化，都可能對(duì)人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生極其重大的變化。

溫度測(cè)量 單片機(jī) 溫度傳感器 單總線結(jié)構(gòu)

1 研發(fā)背景

相信無(wú)論是老人還是孩童，都能感覺(jué)到現(xiàn)如今已是高科技占主導(dǎo)地位的信息化時(shí)代，多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)便是這個(gè)科技時(shí)代的產(chǎn)物。多點(diǎn)溫度系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

①能夠?qū)Χ帱c(diǎn)溫度值進(jìn)行測(cè)量；②能夠指定的顯示某個(gè)測(cè)量點(diǎn)；③能夠輪流的顯示測(cè)量點(diǎn)；④精度可以在0.1攝氏度。

2 單片機(jī)介紹

現(xiàn)如今已經(jīng)有越來(lái)越多的人關(guān)注到如何開(kāi)發(fā)和研制多種多樣的單片機(jī)。這種科技產(chǎn)品，就像微型的計(jì)算機(jī)拿掉I/O設(shè)備一樣。單片機(jī)具有價(jià)格便宜，質(zhì)量很輕、體積很小既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的種類多種多樣，很多具有電壓低、性能高的特點(diǎn)，受到許多對(duì)科研有興趣的人青睞。

3 DS18B20介紹

DS18B20的用法簡(jiǎn)單實(shí)用，只用一根數(shù)據(jù)線DQ。遇到更復(fù)雜的情況，單片機(jī)與多個(gè)DS18B20通信也不用焦急，看似復(fù)雜、實(shí)則簡(jiǎn)單，采用一根數(shù)據(jù)線上的方法便可輕輕松松的解決與單片機(jī)進(jìn)行通信，如此看來(lái)，這種方法采用的是單總線結(jié)構(gòu)。這種智能溫度傳感器能夠滿足較高系統(tǒng)的測(cè)溫要求。由以上的介紹可以看出來(lái)，DS18B20的特點(diǎn)讓它從眾多的產(chǎn)品中脫穎而出。

4 總體結(jié)構(gòu)

多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和其它的多層次復(fù)雜的溫度測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)相比，具有層次簡(jiǎn)單分明、所需要的材料不多的特點(diǎn)。系統(tǒng)處于處理狀態(tài)時(shí)，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 多路溫度測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

5 硬件電路

5.1 總體組成

①AT89C51單片機(jī)；

②時(shí)鐘電路；

③復(fù)位電路。

5.2 具體介紹

①結(jié)構(gòu)：?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)；

②測(cè)溫模塊：4個(gè)溫度傳感器DS18B20。

K1是測(cè)量點(diǎn)選中鍵，K0是功能鍵。如果訪問(wèn)這個(gè)器件，知道ROM地址是關(guān)鍵。硬件電路仿真如圖2所示：

圖2 多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)在Proteus的硬件電路

對(duì)于顯示器，可以選擇的種類很多，在這里采用LCD1602。LCD1602的體積微小、輕薄攜帶方便、功耗消耗很小，人們可以在低功耗應(yīng)用系統(tǒng)和袖珍式儀表中找到LCD1602的身影。

這里說(shuō)的時(shí)鐘電路，是一種接口并不復(fù)雜的振蕩電路。

相信生活中許多人都會(huì)用到計(jì)算器的清零按鈕，這個(gè)按鈕是為了眾所周知是讓計(jì)算器恢復(fù)到原始的狀態(tài)，說(shuō)到這里，文中所提到的復(fù)位電路便和這個(gè)計(jì)算器的清零按鈕有異曲同工的效果。

6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

6.1 讀選中DS18B20模塊溫度值

處理的步驟如下：

①啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令，讀取溫度值，等待轉(zhuǎn)換完成需要通過(guò)調(diào)用延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，因?yàn)?2位DS18B20溫度轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)；

②提取64位ROM地址，發(fā)送成功重要的環(huán)節(jié)是必須要找到對(duì)應(yīng)的DS18B20模塊，這個(gè)過(guò)程要注意總線匹配問(wèn)題；

③最后將讀暫存器命令發(fā)給總線。

6.2 讀ROM地址程序

這個(gè)程序中關(guān)鍵的一步計(jì)算偏移地址。這個(gè)偏移地址要從存放在當(dāng)前的DS18B20模塊中去尋找。然后，依次去執(zhí)行如下圖流程圖中顯示的三個(gè)步驟，最后執(zhí)行返回。步驟如圖3所示：

圖3 讀ROM地址程序的流程

6.3 ROM地址程序顯示

圖4 ROM地址程序顯示的流程

ROM地址程序顯示分為“地址提取”和“顯示地址”兩個(gè)步驟。（注意：提取地址的時(shí)候，提取的地方是在ROM地址緩沖區(qū)）這個(gè)步驟如圖4所示。

6.4 溫度程序顯示

溫度程序顯示分兩個(gè)環(huán)節(jié)：一個(gè)是顯示對(duì)應(yīng)的溫度值，另一個(gè)是顯示與之對(duì)應(yīng)的提示信息。

處理步驟：

①首先用高5位去判斷是負(fù)數(shù)還是正數(shù)；

②不論判斷的結(jié)果為負(fù)或?yàn)檎蠖紩?huì)執(zhí)行同樣的步驟，轉(zhuǎn)換成字符編碼之后，尋找對(duì)應(yīng)的顯示緩沖區(qū)，放入；

③最后的步驟是顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容。

6.5 主程序

處理步驟如下：

①LCO初始化；

②對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，判斷是讀DS18模塊的溫度值，還是讀DS18B20模塊的ROM地址；

③讀溫度或ROM地址。

7 發(fā)展前景

掌握好溫度的測(cè)量，對(duì)人們的生活和生產(chǎn)極其有利；忽略了溫度的測(cè)量，也許會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生極其可怕的后果。所以，一直以來(lái)許多人致力于溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

現(xiàn)如今，人們隨處可見(jiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的身影，它已經(jīng)受到人們廣泛的歡迎。未來(lái)，新的家庭產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療器械生產(chǎn)會(huì)以多種多樣的方式呈現(xiàn)在人們的面前，這就意味著越來(lái)越多的產(chǎn)品離不開(kāi)這種系統(tǒng)。這種系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)方面看，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便；這種系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)方面看，價(jià)格不昂貴，不用過(guò)于擔(dān)心經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。由此便可以得出，多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)會(huì)有很廣闊的發(fā)展前景。

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[3]丁元杰.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社

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[5]嚴(yán)天峰.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005

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正因?yàn)槿绱?，能夠掌握溫度的測(cè)量技術(shù)并且能夠有效的控制對(duì)人們來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的！本文將會(huì)提到現(xiàn)實(shí)中人們經(jīng)常能用到的智能溫度傳感器DS18B20，這種傳感器由采用美國(guó)Dalla半導(dǎo)體公司推出，接觸這種傳感器的人會(huì)發(fā)現(xiàn)這種傳感器的體積很小，而且硬件的成本不算高，值得一提的是，這種傳感器的精度高、抗干擾能力強(qiáng)。