基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳昊 黎洋 張清宇 張衡

摘要：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)三路溫度采集，采集的溫度可在LCD上顯示，可通過(guò)手動(dòng)調(diào)整顯示其中一路的當(dāng)前溫度值，低溫限值，高溫限值，并且可以通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)溫度的高低限值。本次設(shè)計(jì)硬件部分以AT89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)四路DS18B20溫度傳感器采集溫度，在單片機(jī)的控制下對(duì)相應(yīng)傳感器采集到的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示器上。當(dāng)所測(cè)溫度值超過(guò)溫度的高限值或低于低限值時(shí)，報(bào)警電路就會(huì)報(bào)警，蜂鳴器報(bào)警，發(fā)光二極管閃爍。

關(guān)鍵詞：溫度測(cè)量；51單片機(jī)；DS18B20

一、前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視溫度因素。許多產(chǎn)品對(duì)溫度監(jiān)測(cè)范圍要求嚴(yán)格，而且目前市面上的溫度監(jiān)測(cè)儀器都是單點(diǎn)測(cè)量，且溫度信息傳輸是不及時(shí)的、不夠精確的，從而不利于工業(yè)控制及時(shí)做出決定。在這種情況下，制作出多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)性高、高精度的同步測(cè)量方案是很有必要的。因此，這次綜合設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心部件設(shè)計(jì)出一種多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本次綜合設(shè)計(jì)的目的在于掌握數(shù)字傳感器DS18B20的原理、性能、使用方法和特點(diǎn)，用keil對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。本次設(shè)計(jì)綜合了電子信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域方便的知識(shí)，具有綜合性、科學(xué)性、代表性，可全面檢驗(yàn)和促進(jìn)學(xué)生的理論素質(zhì)和工作能力。本設(shè)計(jì)的研究可以使學(xué)生更好的掌握基于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)，提高電子產(chǎn)品研發(fā)素質(zhì)、增強(qiáng)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作的能力。

二、總體方案設(shè)計(jì)

（一）方案論證與比較

方案一：采用3個(gè)溫度傳感器AD590來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度，AD590是美國(guó)ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對(duì)溫度成比例。然后分別將采集到的多路數(shù)據(jù)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，即將采集模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。在方案一中，輔助電路主要由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、報(bào)警電路、液晶顯示電路、鍵盤(pán)控制電路等組成。

方案二：這個(gè)方案使用AT89C52單片機(jī)為核心，以數(shù)字溫度傳感器DS18B20溫度的測(cè)量元件，在這個(gè)電路中采用3個(gè)DS18B20對(duì)各點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)鍵盤(pán)電路對(duì)溫度上下限值進(jìn)行修改和循環(huán)顯示，顯示電路采用LCD1602模塊。

（二）方案選擇

方案一采用模擬溫度傳感器AD590，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。它控制雖然簡(jiǎn)單，成本低，但是后續(xù)電路復(fù)雜，且需要進(jìn)行溫度標(biāo)定，集成溫度傳感器AD590輸出為電流信號(hào)，且輸出信號(hào)較弱，所以需要后續(xù)放大及A/D轉(zhuǎn)換電路，如采用普通運(yùn)放則精度難以保證，而測(cè)量放大器價(jià)格較高，這樣會(huì)使系統(tǒng)成本升高。

方案二以DS18B20為傳感器和AT89C52單片機(jī)為控制核心組成多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、溫度采集電路、鍵盤(pán)與溫度顯示電路、上下限報(bào)警電路等。采用Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。它具有獨(dú)特的單總線(xiàn)接口，僅需要占用一個(gè)通用I/O端口即可完成與微處理的通信。

因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20體積小、經(jīng)濟(jì)、使用方便靈活。測(cè)試精度高，較高的性?xún)r(jià)比，有CRC校驗(yàn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀(guān)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫。

綜上所述，本次專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案二對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

三、各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)

（一）單片機(jī)系統(tǒng)模塊

AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。

AT89C52單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制，運(yùn)到到了復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，串口，I/O接口。

（二）溫度采集模塊模塊設(shè)計(jì)

DS18B20溫度測(cè)量系統(tǒng)有一個(gè)很簡(jiǎn)單的測(cè)溫系統(tǒng)，測(cè)溫精度高，方便連接。DS18B20與單片機(jī)的硬件連接方式有：VDD連接到一個(gè)外部電源，GND接地，輸入/輸出接口和單片機(jī)的輸入/輸出接口想連。不管是何種電源方式，輸入/輸出端口引腳必須連接大約4.7k上拉電阻。

在外部電源供電的方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用5V電壓供電，此時(shí)I/O線(xiàn)不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是同一個(gè)。

（三）報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

報(bào)警模塊主要由蜂鳴器、發(fā)光二極管、以及電阻和電容構(gòu)成。

當(dāng)傳感器測(cè)定的溫度值超出系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)發(fā)光二極管閃爍，提示監(jiān)測(cè)人員注意，以便做出相應(yīng)的調(diào)整。

四、調(diào)試與結(jié)果：

該測(cè)溫系統(tǒng)采用智能型溫度傳感器DS18B20，其測(cè)量溫度的范圍為-55?度～+125度，最大分辨率可以達(dá)到正負(fù)0.05度，采用單總線(xiàn)方式與單片機(jī)相連，同時(shí)可直接將溫度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)字信號(hào)供處理器分析，以達(dá)到度溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換。

五、總結(jié)

溫度測(cè)量對(duì)日常工業(yè)生產(chǎn)以及自動(dòng)化生產(chǎn)控制過(guò)程中都具有很大的作用，溫度保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全、有序、高效的進(jìn)行，一種電子溫度測(cè)量?jī)x器相比傳統(tǒng)的溫度測(cè)量有著明顯的優(yōu)勢(shì)和更高的使用價(jià)值。本設(shè)計(jì)采用高主頻的單片機(jī)作為整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的核心處理器，通過(guò)與溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信處理溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的溫度參數(shù)的快速分析處理，并通過(guò)終端顯示LCD實(shí)時(shí)顯示溫度值，與用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。

參考文獻(xiàn)：

[1]占自才，徐雪松.基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)與仿真研究[J].九江學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，30（01）：20-21.

[2]朱海濤.基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)及顯示[J].電子世界，2013（06）：26-27.

[3]宋艷麗，宋武.基于單片機(jī)的智能數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)[J].黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，13（02）：99-102.

[4]余澤輝，伍建軍，陳潔，余艷平.基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的研究與設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶(hù)，2007（02）：9-11.