冉剛

摘 要：基于在工廠或企業(yè)，需要對多點進行溫度監(jiān)測，本文介紹了一種能巡回監(jiān)測多路溫度的設計，以數(shù)字溫度傳感器DSl8B20作為現(xiàn)場測溫元件，以STC89C52單片機作為控制單元組成的可以對多路溫度進行監(jiān)測和控制的系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的硬件電路圖和軟件流程圖。在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集和控制都實現(xiàn)了數(shù)字化，能實現(xiàn)對各路溫度的實時監(jiān)控，并具有超限報警和指示功能。

關鍵詞：單片機；串口；數(shù)字傳感器DS18B20

中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0021-02

在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。目前市場主要存在單點和多點兩種溫度測量儀表。對于單點溫測儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測量精度高，測量范圍大，而得到了普遍的應用。該類儀表可很好的滿足單個用戶單點測量的需要。多點溫度測量儀表，相對與單點的測量精度有一定的差距，雖然實現(xiàn)了多路溫度的測控，但價格昂貴。針對目前市場的現(xiàn)狀，本文提出了一種可滿足要求、可擴展的并且性價比高的單片機多路測溫系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 實現(xiàn)的要求及功能

基本目標：（1）測溫范圍：-55～+125℃。（2）溫度測量誤差：±0.5℃。（3）可修改溫度的上下報警門限。

擴展目標：（1）支持上位機波形監(jiān)測溫度。（2）報警門限掉電不丟失。

1.2 主控芯片方案

單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。從控制系統(tǒng)的大小和復雜度出發(fā)，必須考慮單片機的基本參數(shù)和增強功能。前者往往需要考慮芯片的速度，ROM容量，I/O引腳數(shù)量和工作電壓（1.8V/3V/5V）等，后者則包括是否擁有看門狗，雙指針，雙串口，實時時鐘，CAN接口，SPI接口，USB接口等附加模塊。本設計中受控對象只有時鐘芯片、液晶顯示、和一些外圍小模塊，復雜度低，采用低端的通用的單片機芯片就能夠滿足要求。

1.3 顯示方案

采用上位機來實現(xiàn)實時多路溫度數(shù)據(jù)的顯示和保存。成本最低，實現(xiàn)形式更豐富。

1.4 溫度監(jiān)控實現(xiàn)方案

采用DS18B20溫度傳感器，DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。DS18B20的存儲器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM，可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL，以及一個配置寄存器。

2 系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 系統(tǒng)總框架

本次設計的多路溫度監(jiān)測的核心部件是51單片機（如STC89C52），通過51單片機控制8路溫度傳感器DS18B20，從而實現(xiàn)多路溫度的實時測量，并通過上位機監(jiān)控和控制，上位機采用比較流行的G語言LabVIEW編程實現(xiàn)，和上位機通信采用主流的串口通信，簡單易行，而且很可靠。本次設計的主要實現(xiàn)過程就是由51單片機發(fā)送命令給8路溫度傳感器DS18B20，再由溫度傳感器DS18B20反饋溫度值和儲存在DS18B20 EEPROM種的報警門限值給51單片機，然后由51單片機通過串口發(fā)送給上位機進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)保存，分析統(tǒng)計。

2.2 主控芯片STC89C52

MCS-51單片機是美國intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS-48單片機相比，它的結(jié)構(gòu)更先進，功能更強，在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達111條，MCS-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品。

2.3 溫度傳感器DS18B20電路設計

圖1所示，（1）采用單總線的接口方式，與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。（2）測量溫度范圍寬，測量精度高DS18B20的測量范圍為-55℃～+125℃；在-10～+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C。（3）供電方式靈活DS18B20可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。（4）每個器件都有唯一的8字節(jié)（64位）光刻碼（1字節(jié)CRC校驗碼+6字節(jié)序列碼+1字節(jié)家族代碼0x28），使得多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。

3 控制系統(tǒng)軟件分析與設計

3.1 主程序流程介紹

控制系統(tǒng)主程序流程圖2所示。（1）開始。上電，開機后，單片機會從內(nèi)部地址0x0000處開始運行。（2）初始化包含如下模塊的的初始化。單片機資源初始化，如定時器。串口初始化。設置與上位機通信的串口波特率。（3）讀DS18B20溫度傳感器。目的是避免第一次轉(zhuǎn)換，在LCD1602上顯示85℃。傳感器初始化上電時溫度寄存器初值為0x0550（表示85℃）。（4）延時1s。等待單片機控制的各個模塊上電穩(wěn)定。（5）進入while（1）。進行死循環(huán)里運行程序。（6）串口接收服務程序。根據(jù)收到的一幀數(shù)據(jù)，來分別執(zhí)行不同的動作，如設置每個溫度傳感器報警門限。（7）1s定時到，開始串口發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機。

3.2 DS18B20溫度讀取程序

DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→暫存器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)語

本多路測溫儀系統(tǒng)實用性強，能很好地巡回采集多路溫度信息，并能及時傳送給上位機，具有速度快、精度高、易擴展等優(yōu)點。此系統(tǒng)所采用的傳感器全為數(shù)字化芯片，大大簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。