基于DS18B20和AT89S52的熱計量儀表采集系統

楊洪軍

（煙臺南山集團，山東煙臺，265713）

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對生活的環境提出了更高的要求，良好的溫度控制對提高人民生活質量起著非常重要的作用。特別是北方，城鎮居民冬季一般采取集中供暖，采暖質量的好壞，直接關系到人們生產生活。目前我國絕大數的地區采暖缺少有力的監控系統，無法完成按需采暖以及實現對溫度數據的有效控制，從而造成了對供暖熱能的浪費。隨著人們節約能源意識的逐步增強，迫切需要一種操作簡單、節能環保和高效利用的智能熱計量儀表溫度控制系統。

1 熱計量表工作原理

根據熱量與流量、溫度之間的關系：

Q=CM(T1-T0)

式中，Q 為散熱器的散熱量(單位：J)；C 為水的比熱4.2*103J/kg°C；T1-T0 為散熱器進出口的溫差（°C）；M 為流經散熱器的水的流量（L），也即質量（kg）大小。據上式可知，只要能測出流量和溫差，就可計算出散熱器的散熱量大小。

溫度傳感器檢測的信號傳送到單片機，同時將流量信息傳輸到單片機，用矩陣鍵盤完成對溫度的設定。單片機處理完數據后，發送命令到液晶顯示器并控制電磁閥。系統總體框架如圖1 所示

2 模塊介紹

本設計主要有單片機、液晶顯示、數字溫度傳感器、液體流量計、鍵盤、電磁閥等部分構成。溫度顯示：單片機控制數字溫度傳感器（DS18B20），把溫度信號通過單總線從數字溫度傳感器傳遞到單片機上,單片機數據處理之后，將當前溫度信息發送到LCD(LCD12864)進行顯示。熱量顯示：流量計檢測到的流量信息（脈沖信號）傳輸到單片機，單片機數據處理之后，將當前熱量信息發送到LCD(LCD12864)進行顯示。溫度設定：本系統還可以通過按鍵來設置溫度限定值，單片機比較數字溫度傳感器的溫度與設定的溫度值，發出控制繼電器動作的指令。

2.1 DS18B20 概述

DS18B20 的數字溫度計提供9 至12 位攝氏溫度測量，并具有報警功能與非易失性用戶可編程上限和下限觸發點。DS18B20 的通信通過1-Wire 總線，需要定義只有一個數據線（與地面）與中央微處理器的通信。DS18B20 是“一線總線”接口的溫度傳感器，其內部使用了在板專利技術，其傳感器元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。由于一線總線具有獨特，因此一個微處理器可控制大面積分布的DS18B20。

2.2 AT89S52 單片機

圖1 系統總體框架

單片機（Single-chip Microcomputer 或Microcontroller Unit）將CPU、ROM、RAM、I/O 接口電路以及內部系統總線等全部集中在一塊大規模集成電路芯片上，就構成了單片機。AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系統可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度易失性存儲器的技術制造，與工業用的80C51 產品指令和引腳功能完全兼容。程序存儲器可以在片上Flash 對系統進行編程，亦適于常規編程器。單芯片上，擁有靈活的8 位CPU 以及系統可編程的Flash，使得AT89S52 為許多的嵌入式控制系統提供非常靈活和有效的解決方案。

3 主要模塊電路的設計

3.1 溫度信號采集電路設計

本系統為多點溫度測試，DS18B20 采用外部供電方式，理論上可以在一根數據總線上掛256 個DS18B20，但實踐應用中發現，如果掛接25 個以上的DS18B20 仍舊有可能產生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過80M，否則也會影響到數據的傳輸。在實際應用中還可以使用一個MOSFET 將I/O 口線直接和電源相連，起到上拉的作用，如圖2 所示。在對DS18B20 進行操作的整個工作過程中，主要包括三個關鍵過程：搜索 DS18B20 序列號子程序；啟動在線 DS18B20 作溫度轉換子程序：讀取在線DS18B20的溫度值子程序。

圖2 溫度采集模塊設計

3.2 液晶顯示電路設計

液晶顯示模塊 LCD12864 的顯示分辨率為128×64，內置8192 個16*16 點漢字和128 個16*8 點ASCII 字符集，具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。另外低電壓低功耗是其又一顯著特點，由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。設計圖見圖3。

圖3 液晶顯示模塊設計

4 系統的軟件設計

主程序的功能是：開機以后，進行系統初始化操作，主要是進行定時/計數器的初始化。溫度采集程序將溫度信號轉換成數字信號，在輸入到單片機的RAM 存儲器中；換算成負責進行溫度的標度換算后的十六進制換算成BCD 碼，并存儲到顯示緩沖區以便顯示子程序使用，需顯示時負責將緩沖區中的各路溫度送到LCD 上顯示出來。鍵盤子程序通過按鍵程序的編寫，可以完成對溫度的設定，圖5 為溫度設定部分算法流程。流量信號處理程序的作用是：通過設定定時器、計時器以及外部中斷，完成對頻率的測定，并轉換成流量信息。主程序流程圖如圖4 所示。

圖4 主程序流程圖

5 總結

本系統對多處技術和方法進行改進，用STC89C52 單片機作為控制核心，實現了對整個系統的控制和操作。液體流量計部分采用渦輪傳感器實現對液體流量的采集，數字溫度傳感器采用DS18B20 實現對溫度信號的采集，將數字溫度信號傳送到單片機，并且可以通過矩陣鍵盤完成對溫度的設定，單片機通過對比設定溫度與實際溫度發出命令控制繼電器開或者關，控制液體的流量，以達到控制室溫的目的。

圖5 溫度設定部分算法流程圖

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