基于單片機控制的溫度的采集與測量

孫域鐠 魏穎 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從4位、8位單片機發(fā)展到16位、32位單片機。單片機主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。本設(shè)計是基于單片機ATMAGE16設(shè)計的實時溫度采集儀，通過本次設(shè)計，我成功的實現(xiàn)了利用單片機對溫度的采集和測量。

1 溫度測量電路的設(shè)計

溫度測量采用DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器。由DS18B20 構(gòu)成的智能溫度測量裝置由三部分組成：DS18B20 溫度傳感器、ATMAGE16、顯示模塊。產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)：①測量范圍：-55℃～+125℃，②測量精度：0.5℃，③反應(yīng)時間≤500ms。為了達到更高的精度，則在對DSl8B20測溫原理進行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，采取直接讀取DSl8B20內(nèi)部暫存寄存器的方法，將DSl8B20 的測溫分辨率提高到0.01℃～0.1℃，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時計數(shù)器l的計數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對應(yīng)的計數(shù)值。這樣，就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果。溫度測量電路如圖1所示。

圖1 溫度測量電路

溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以內(nèi)的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機的P1.1 相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。ATMAGE16 是整個裝置的控制核心，ATMAGE16內(nèi)帶1K字節(jié)的FlashROM,用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數(shù)碼管和4個9012組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。

2 分布式溫度采集系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字式傳感器一般采用單總線技術(shù)(1-WIREBUS），即在單片機或計算機接口中只用一根導(dǎo)線（輸入/ 輸出信號線），美國Dallas公司最新推出的1-WireBus數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，與傳統(tǒng)的溫度傳感器不同，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms 和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化為9 位和12位的數(shù)字量，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；為實現(xiàn)與PC機串口長距離數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)采用了RS232 串行接口，通信距離可以達到15m，如果采用RS422或RS485串行接口可以達到1000m。串口通信由PC機與單片機的通信和單片機多機通信組成，每個從機負(fù)責(zé)溫度的測量然后通過多機通信把溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到主單片機上，最后PC機通過VB程序控制串口把主單片機上的所有溫度數(shù)據(jù)收集起來。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框圖

3 結(jié)束語

在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)中，往往采用模擬的溫度傳感器進行設(shè)計，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才可以被微處理器識別和處理。這樣的設(shè)計方法不僅對前端模擬信號處理電路提出了更高的要求，而且不具有數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)功能。本設(shè)計文結(jié)合DSl8B20的新特性和現(xiàn)代溫度測量系統(tǒng)提出的新要求，提出了基于智能數(shù)字溫度傳感器DSl8820的高精度、分布式多點溫度測量系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案具有安裝方便、數(shù)字化程度高、精度高、適應(yīng)性強等特點，在多種溫度檢測中具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過模塊化的電路測試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)組裝，測溫精度可以達到±0.01℃。設(shè)計出的多路遠(yuǎn)距離自動化、智能化溫度采集系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。本次設(shè)計只給出2路從機采集，根據(jù)需要可以增加更多從機進行溫度采集。