江鈺婷，于云霞，鄒 雪，竇悉絲

（成都理工大學 信息與通信工程系，四川 成都 610059）

溫度檢測的應用必不可少。醫(yī)學上，醫(yī)生給病人測量體溫要用到溫度計；工業(yè)上，人們的供暖需要鍋爐保持恒溫；塑料橡膠行業(yè)、節(jié)能、汽車維護、電力供電系統(tǒng)、食品超市行業(yè)、空調(diào)工程、設(shè)備故障診斷、有色冶金行業(yè)、石油化工行業(yè)以及造紙印刷行業(yè)等都需要溫度檢測系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計要求和應用范圍的區(qū)別，在嚴格控制成本預算的情況下，需要研制一種簡易的測溫報警系統(tǒng)，在一定溫度范圍內(nèi)，設(shè)備能進行區(qū)域報警[1]。

1 設(shè)計方案

1.1 主控芯片的選擇

可以用片內(nèi)具有4K在線編程存儲器的STC89C51為主控芯片，STC89C51是一款微處理器，具有功耗低和性能高的特點。STC89C51內(nèi)置EEPROM存儲，當我們需要掉電存儲數(shù)據(jù)時，可直接利用片內(nèi)存儲?；旌闲盘柍Ｓ肕SP430處理，強大的集成功能是它最大的優(yōu)點。在同一塊芯片上，430能集成不同類型的電路，包括微處理器在內(nèi)，模擬電路和數(shù)字電路也能集成。但是，這款芯片就開發(fā)的難易程度而言，卻比51系列相對大得多，并且價格昂貴，對于本次設(shè)計的指標不符合。當然，也可以選擇PIC類單片機例如877A。采用PIC類芯片與溫度傳感器結(jié)合，PIC16F877A的引腳數(shù)量是40個，DQ引腳為數(shù)據(jù)端，與芯片連接[2]。

1.2 顯示器件的選擇

1602的應用廣，且功能多。顯示內(nèi)容寬泛，數(shù)字自然不用說，字母和符號也是它的特長，甚至于自定義字符也可以在屏幕上展示出來。顯示字符分為上下兩行，由5×7點陣組成。在數(shù)據(jù)傳輸方式上，LCD1602的傳輸方式有兩種，即串行和并行傳輸。無論用哪一種傳輸方式，相比較而言在控制方面難度低，容易實現(xiàn)功能，和HD44780相比，LCD1602的控制原理和它沒有差別，但就本設(shè)計而言，完全能夠?qū)崿F(xiàn)顯示多路溫度數(shù)據(jù)與溫度符號的作用。

1.3 溫度傳感器的選擇

18B20采用單線連接，無論是測單路或是多路均只需一根總線，簡化電路，省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，使系統(tǒng)電路更簡單，控制了設(shè)計成本。除了這些優(yōu)點，在精度比較方面，數(shù)字式的傳感器相較于熱電偶更勝一籌。根據(jù)傳感器內(nèi)部的系列號，可以將多個傳感器組建成一個網(wǎng)絡(luò)在單根總線上進行傳輸數(shù)據(jù)[3]。

1.4 總體設(shè)計方案

由STC89C51和溫度傳感器DS18B20組成系統(tǒng)。測溫系統(tǒng)包括傳感器電路、顯示電路、報警電路、按鍵電路（見圖1）。用多個DS18B20組建成一個測量網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)通過單總線進行傳輸。能夠設(shè)置報警溫度的上下限，利用顯示模塊目測數(shù)據(jù)，限值設(shè)置用按鍵控制，使用前先進行預置，事先確定一個范圍，上電后根據(jù)被測溫度自動報警[4]。

圖1 基于STC89C51的多路溫度控制系統(tǒng)框架

2 硬件電路設(shè)計

2.1 DS18B20傳感器

2.1.1 DS18B20傳感器的特性

供電方式可選擇數(shù)據(jù)線，電壓范圍是3～5 V，可測溫度在-55～125 ℃。根據(jù)設(shè)計指標需要將精度控制在±0.5 ℃，也就是溫度保持在-10～85 ℃。工作時間在750 ms內(nèi)時，分辨率為12位。另外，18B20的特點也體現(xiàn)在硬件連接上，元件反接易燒壞，但18B20不會。

2.1.2 DS18B20的工作原理

18B20含有兩種晶振，可分為低溫和高溫系數(shù)，低溫度系數(shù)晶振給計數(shù)器1送固定頻率的信號，高溫度系數(shù)晶振為計數(shù)器2送脈沖信號。計數(shù)器1和寄存器需提前設(shè)置，對應-55 ℃溫度值。產(chǎn)生脈沖信號時，計數(shù)器1進行的工作是減法操作，需將預置數(shù)變?yōu)?。這時寄存器自動加一，再重復置數(shù)，計數(shù)器1進行計數(shù)，直至計數(shù)器2為0，此時寄存器停止工作，所得數(shù)據(jù)就是測量溫度值。斜率累加器用于修正計數(shù)器1的預置數(shù)[5]。測溫原理框如圖2所示。

圖2 測溫原理框

2.2 LCD1602液晶顯示器

2.2.1 LCD1602的功能

1602是液晶型，同時它也屬于點陣型，可同時顯示字母與符號。字符之間和每行之間的間距為一個點距，并且在每一位當中都有，每行之間也有[6-7]。

2.2.2 LCD1602的字符范圍

在計算機中，DDRAM是RAM中的一種，共80個字節(jié)，具有寄存字符代碼的功能，幫助儲存顯示數(shù)據(jù)。字符想要在屏幕上進行顯示，需要將字符代碼送至RAM。1602的顯存與DDRAM一樣，都是80個，可是1602的屏幕只能顯示32個且分為上下兩行的字符，所以有一部分代碼就無法顯示[8]。

2.3 蜂鳴器

電磁式簧片型原理類似電鈴，通過簧片振動產(chǎn)生聲音，按具體情況選擇交流或直流電[9]。

3 實物圖

仿真成功后，根據(jù)仿真效果進行實際電路的設(shè)計，本設(shè)計采用Protel99se軟件來進行實物模擬，檢驗仿真與程序的協(xié)同效果。在原理圖布線完成并確定無誤后，首先按照原理圖布置各個元器件，然后將元器件的相關(guān)引腳進行連接，根據(jù)編輯規(guī)則對仿真進行規(guī)范檢查，對照具體錯誤處對原理圖進行修改，最終以達到設(shè)計要求，之后轉(zhuǎn)為PCB圖[10]。

最后，將PCB圖打印到紙上，再轉(zhuǎn)印至覆銅板上，經(jīng)過腐蝕之后，便只剩下本設(shè)計所繪制的電路，最后根據(jù)PCB圖，將元器件焊接在電路板上，然后進行調(diào)試，實物情況如圖3所示。

圖3 實物圖

4 結(jié)語

對于這次設(shè)計來說既是一次機遇，又是一次挑戰(zhàn)。在這次的設(shè)計過程中，筆者學到了很多東西，通過自己的實踐，增強了動手能力。通過實際工程的設(shè)計，了解到書本知識和實際應用的差別。在實際應用中遇到很多的問題，這都需要對問題進行具體的分析，并一步一步地去解決它。

[1]蘇鐵力.傳感器及其接口技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，1998.

[2]中國電子學會.傳感器與執(zhí)行器大全[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[3]白雪冰，張延林.單片機原理及應用[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社，2006.

[4]謝運祥，歐陽森.電力電子單片機控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版，2007.

[5]王洪業(yè).傳感器技術(shù)[M].長沙：湖南科學技術(shù)出版社，1995.

[5]李光飛.單片機課程設(shè)計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[6]王法能.單片機原理及應用[M].北京：科學出版社，2004.

[7]樓然苗，李光飛.51系列單片機設(shè)計實例[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[8]胡汗才.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2004.

[9]王萍.電子技術(shù)實驗教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[10]朱定華，戴淑萍.單片機微機原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2003.