基于DS18B20的多路溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任志華，李永紅

（中北大學(xué)，山西太原 030051）

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾暅囟冗@一因素，許多產(chǎn)品對(duì)溫度要求嚴(yán)格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點(diǎn)測量，同時(shí)還有溫度信息傳遞不及時(shí)、精度不夠的特點(diǎn)，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定[1-2]。在這樣的形式下，開發(fā)一種能夠同時(shí)測量多點(diǎn)，并且實(shí)時(shí)性高、精確度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫度信息的測量系統(tǒng)就很有必要。

本文采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20和單片機(jī)AT89C51構(gòu)成的溫度測量裝置,它可直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)[3]。測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積也不大,而且AT89C51可以帶多個(gè)DSB1820，可以非常容易實(shí)現(xiàn)多路測溫，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。

1 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C51、顯示電路、串口通訊電路、報(bào)警電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和上位機(jī)組成。單片機(jī)AT89C51的I/O線作為總線可以掛接多個(gè)溫度傳感器DS18B20，I/O總線處于高電平時(shí)，可以為數(shù)字溫度傳感器提供電源。單片機(jī)AT89C51通過巡回檢測，獲取各點(diǎn)溫度，貯存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡上，通過MAX232串行通信接口接上位機(jī)，同時(shí)可以送顯示器進(jìn)行顯示，并且溫度超限時(shí)可以報(bào)警。系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 硬件整體結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)主控模塊設(shè)計(jì)

2.1 溫度測量電路設(shè)計(jì)

本文為多路溫度測試，因此DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)DS18B20，但實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過80 m，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I/O來驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。

2.2 溫度顯示電路設(shè)計(jì)

在本文中選擇液晶顯示模塊LCD1602，它是一種可編程器件，可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5 V電源供電，外圍電路配置簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比，可以定時(shí)循環(huán)檢測和通過LCD1602顯示多路的溫度，因此選擇LCD1602。

2.3 串口通訊電路設(shè)計(jì)

AT89C51有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。其電路如圖2所示。

2.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

在實(shí)際的工作中，工作的溫度可能會(huì)超出設(shè)定值的范圍，在本文中，如果外界溫度低于9℃或高于85℃，系統(tǒng)將產(chǎn)生報(bào)警聲音，并且對(duì)應(yīng)的LED同步閃爍，LED-YELLOW為低溫閃爍，LED-RED為高溫閃爍。

3 整體電路圖

整體電路圖如圖2所示。

圖2 整體電路圖

4 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，軟件設(shè)計(jì)部分采用模塊化設(shè)計(jì)和C語言編程，主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

圖4 溫度采集流程圖

通過對(duì)多個(gè)DS18B20進(jìn)行操作就能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集，程序中對(duì)DS18B20的操作主要有幾個(gè)步驟：初始化；搜索DS18B20；匹配DS18B20；發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令；讀取溫度值[5]。其溫度采集流程圖如圖4所示。

5 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)，本文基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)4路溫度的測量和控制。以AT89C51作為控制主機(jī)，以單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為現(xiàn)場測溫元件，當(dāng)外界溫度低于-20℃或高于70 ℃時(shí)，具有報(bào)警功能。

6 結(jié)論

數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有測量速度快、精度高、智能化等特點(diǎn)，以AT89C51作為控制主機(jī)組成的多路溫度采集系統(tǒng)可靠性高、維修方便、抗干擾性能好、具有CRC校驗(yàn)功能，適用于各種溫度檢測和控制系統(tǒng)。因此，在大型倉庫、工廠、醫(yī)療與健診等系統(tǒng)需要多點(diǎn)溫度檢測中有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1]吳東霞,陳天勝,王佳.基于MCS-51的多路溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[J].科技信息,2009(35).

[2]劉岑俐,張明.多路溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào),2008(10).

[3]朱群峰,黃磊,唐杰,王躍球.基于DSl8B20的單總線多路溫度采集系統(tǒng)[J].儀表技術(shù),2008(12).

[4]黃宇飛,吳江,秦旭,等.單片機(jī)單總線技術(shù)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2001(1): 22-25,47.

[5]月霞,孫傳友.DS18B20 硬件連接及軟件編程[J].傳感器世界,2001(12):25-29.

[6]王玲,王中訓(xùn),王恒.基于MSP430單片機(jī)的多路無線溫度檢測系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(1).

[7]張慧坤.溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,28(5).

[8]東耀,汪仁煌.數(shù)字溫度傳感器在倉庫溫度檢測系統(tǒng)的應(yīng)用[J].傳感器世界,2001(12):30-33.