基于單片機的溫度記錄系統

摘 要:介紹一種基于單片機和數字溫度傳感器的多路溫度采集、記錄系統的軟、硬件實現方案。系統硬件設計以Atmel公司的AT89S52單片機為核心，選擇高性價比元部件完成電路設計，通過數字溫度傳感器DS1820實現溫度采集，以1602字庫液晶實現數據實時顯示，并將溫度數值存儲在I2C接口芯片AT24C16內。系統可以實現單路、多路溫度的自動定時采集與保存。設計使用的外圍元件較少，具有設計簡單，擴展靈活，功能較全面等特點。

關鍵詞:AT89S52; 溫度采集; LCD顯示; I2C接口芯片

中圖分類號:TP368.1文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)08-0167-02

Temperature Recording System Based on MCU

PANG Xiao-ling， LIU Zhen-gang

(Haidu College， Qingdao Agricultural University，Laiyang265200， China)

Abstract:A scheme that realizes software and hardware of multi-channel temperature recording system based on MCU and digital temperature sensor is presented. The hardware of the system takes the AT89S52 MCU of ATMEL as a core， selects the components with high performance-cost ratio to complete the circuit design， acquisitstemperature data by the temperature sensor DS1820， implements the real-time data display by 1602 LCD， and stores the temperature values in the I2C interface chip AT24C16. The system can complete either single-channel or multi-channel temperature acquisition andrecord. The structure of the system is simple， the expansibility is flexible，thefunction is comprehensive andonly a few external components is needed.

Keywords:AT89S52; temperature acquisition; LCD display; I2C interface chip

目前檢測溫度一般采用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器。這種傳感器至儀表之間通常都要用專用的溫度補償導線，而溫度補償導線的價格很高，并且線路太長，會影響測量精度，這是直接以模擬量形式進行采集的不可避免的問題。在實際應用中，往往需要對較遠處的溫度信號進行監視。為此，設計了一種用單片機與數字溫度傳感器集成的方案，它可以以更低的成本和更高的精確度實現溫度檢測[1]。

1 系統綜述

系統硬件設計以Atmel公司的AT89S52單片機為核心，主要由電源電路、復位電路、晶振電路、串口通訊電路、溫度傳感器電路、12864液晶顯示電路、I2C存儲器電路以及按鍵輸入電路構成[2]。溫度采集電路采用單總線數字溫度傳感器實現溫度采集，可設計為一路或多路;溫度存儲電路采用I2C接口E2PRPOM存儲芯片，以實現數據記錄;液晶顯示電路采用圖形點陣液晶顯示器，以實現溫度的即時顯示。同時配以鍵盤輸入電路，可以接收用戶指令輸入，隨時改變工作模式，或查詢任意時間的溫度數據[3]。

2 硬件系統設計

硬件電路設計總體結構圖如圖1所示。由+5 V電源電路、手動復位電路、晶振電路(11.059 2 MHz)構成單片機最小系統，完成單片機的基本運行需求。串口電路用于通信，實現與主機的交互。溫度采集電路、1602液晶顯示電路、I2C存儲器電路為該設計的三個核心模塊，實現主要設計功能，同時實現按鍵輸入電路。

圖1 硬件系統總體結構圖

2.1 溫度采集電路設計

該設計采用Dallas公司生產的3引腳T0-T2小體積封裝溫度傳感器DS18B20。DS1820是美國Dallas半導體公司推出的第一片支持“單總線”接口的溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能，抗干擾能力強，易配微處理器等優點，可直接將溫度轉化成串行數字信號，供微機處理[4]。

溫度測量范圍為-55～+125 ℃，可編程為9～12位A/D轉換精度， 被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出。測溫分辨率可達0.062 5 ℃，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生，易于系統集成[5]。多個DS18B20可以并聯到三根或兩根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路[6]。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統。溫度傳感器電路圖如圖2所示。

2.2 I2C存儲器擴展電路設計

I2C總線(Inter Integrated Circuitbus)包括一條數據線(SDA)和一條時鐘線(SCL)，是單片機系統常用的總線結構[7]。這種總線結構盡可能地節省了單片機I/O資源，為多路溫度采集保留了最大的擴展空間。

該設計中采用的存儲器AT24C16是Atmel公司生產的I2C接口E2PROM芯片。AT24C16中帶有片內尋址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節后，該地址寄存器自動加1，以實現對下一個存儲單元的操作，且所有字節都以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8 B的數據。I2C存儲器電路圖3所示。

圖2 溫度傳感器電路圖

圖3 I2C存儲器電路圖

2.3 液晶顯示電路設計

液晶顯示電路采用1602帶字庫液晶實現。這一液晶模塊，接口功能明確，操作簡單，簡化了電路設計，自帶字庫極大地方便了顯示操作的實現[8]。

3 系統功能實現

系統軟件設計主要有兩項任務，是用于不間斷記錄溫度數據;二是用于接收用戶輸入，響應用戶指令。

溫度記錄程序中每隔固定時間間隔采集溫度數據，將溫度數據與當前時間一并記錄。若不擴展實時時鐘芯片，可用軟件方式，依據時間間隔計算轉換得到當前時間，避免使用時鐘芯片增加系統成本。對于用戶按鍵輸入，以外部中斷方式予以響應[9]。

該設計中沒有采用操作系統，因此，多任務的調度是系統功能實現的關鍵之一。該設計沒有輸入中斷產生時，為普通單任務系統;中斷產生時，工作在多任務模式下。因此，中斷產生后，兩個任務模仿Linux操作，系統系多線程工作模式實現調度。

由于單片機工作頻率所限，加之溫度傳感器為單總線串行器件，讀/寫占用時間周期相對較長，因此系統應考慮環境溫度變化的劇烈程度[10]。

4 結 語

該設計可以實現溫度數據的采集與長時間數據記錄，既可以單獨采樣其中任意一路，也可以實現多路同時采樣，同時可以與主機交互。該系統的整個運行過程在同一地點進行集中監控，方便又節省人力，實現了溫度的采集、顯示、存儲于一體的集成記錄功能。設計使用的外圍元件較少，具有設計簡單，擴展靈活，功能較全面等特點。

參考文獻

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