基于單片機柱體溫度計的設計

桂林電子科技大學信息科技學院 韓 劍 張泳勇 秦宇豪 房東東

基于單片機柱體溫度計的設計

桂林電子科技大學信息科技學院 韓 劍 張泳勇 秦宇豪 房東東

【摘要】該設計是一款簡單實用的小型數字遠程溫度計，該溫度計所采用的主要原件有單片機AT89S51、四位共陰極數碼管一個、DS18B20、發光二極管、長距離導線、電容電阻若干。本次數字溫度計共分為七個部分：主控制器、時鐘電路、傳感器部分、顯示部分、復位部分。主控制器即單片機部分，用于儲存程序和控制電路；顯示部分是指四位共陽極數碼管，用來顯示溫度；傳感器部分，用來收集溫度并進行溫度轉換；復位部分，即復位電路；該設計所測的溫度精度可達小數點后一位，測量范圍為0-40℃，當溫度升高或則下降時，發光二極管對應的刻度也隨著升高或者降低。

【關鍵詞】AT89S51；溫度計；DS18B20；發光二極管

引言

傳統的水銀或酒精溫度計是利用水銀或酒精的受熱膨脹，通過汞柱或紅色酒精柱的升降，直觀地顯示溫度的升降。但對于讀數又極不方便。對于純數字的溫度計讀數相對簡單但對于溫度的升降并不直觀，此作品既能滿足直接讀數的簡單需要又能很美觀的呈現溫度的升降變化。

傳統的溫度計有反應速度慢、讀數麻煩、測量精度不高、誤差大等缺點。而下面利用集成溫度傳感器DS18B20設計并制作了一款基于AT89S52的便攜式柱體數字溫度計，其電路簡單，軟硬件結構模塊化，易于實現。

進入21世紀后，智能溫度傳感器正朝向高精度，多功能，總線標準化，高可靠性及安全性，開發虛擬傳感器和網絡傳感器，研究單片測溫系統等高科技的方向迅速發展。目前，國外已近相繼推出多種高精度，高分辨能力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位的A/D轉換器，分辨能力一般可達0.5～0.0625℃。由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨率力智能溫度轉換器能輸出13位二進制數據，其分辨率高達0.03125℃，測量溫度精確度±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉換器。以AD7817型5通道為例，它對本地傳感器，每一條遠程傳感器的轉換時間分別僅為27us、9us。還有一個是智能溫度控制器，其在智能溫度傳感器的基礎上發展而成的。典型的產品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76。智能溫度控制器適配各種微控制器，構成智能化溫度控制系統：他們可以脫離微控制器單獨工作，自行構成一個溫度儀。

目前，智能化溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規范化，所采用的總線主要有單線（1-Wire）總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機可通過的專用總線接口與主機進行通信。

DS18B20數字溫度計提供9-12位攝氏溫度測量而且有一個由高低電平觸發的可編程的不因電源消失而改變的報警功能。DS18B20通過一個單線接口發送或接受信息，因此在中央處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。它的測溫范圍為-55～+125℃，并且在-10～+85℃精度為±5℃。除此之外，DS18B20能直接從單線通訊線上汲取能量，除去了對外部電源的需求，其引腳圖如圖1所示。

圖1 引腳資料

每個DS18B20都有一個獨特的64位序列號，從而允許多只DS18B20同時連在一根單線總線上；因此，很簡單就可以用一個微控制器去控制很多覆蓋在一大片區域的DS18B20。這一特性在HVAC環境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監測和控制等方面非常有用。

DS18B20的核心功能是它的直接讀數字的溫度傳感器。溫度傳感器的精度為用戶可編程的9，10，11或12位，分別以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量遞增。在上電狀態下默認的精度為12位。DS18B20啟動后保持低功耗等待狀態；當需要執行溫度測量和AD轉換時，總線控制器必須發出［44h］命令。在那之后，產生的溫度數據以兩個字節的形式被存儲到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續保持等待狀態。當DS18B20由外部電源供電時，總線控制器在溫度轉換指令之后發起“讀時序”（見單總線系統節），DS18B20正在溫度轉換中返回0，轉換結束返回1。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進入溫度轉換時總線被一個強上拉拉高，否則將不會由返回值。寄生電源的總線要求在DS18B20供電節詳細解釋。溫度存儲寄存器格式如圖2所示。

圖2 溫度存儲寄存器格式

柱體溫度計大體上是由測溫傳感器，供電系統，單片機，顯示模塊和刻度模塊組成。大體系統設計如圖3所示。

圖3 系統設計

先采用數字溫度測量傳感器DS18B20對當地環境溫度進行實時檢測，檢測到的數字信號輸后送給單片機處理。

經過單片機的控制，LED燈帶點亮至相應刻度的溫度值停止。其中在不同的溫度區間內可選用不同顏色的燈帶，具體可分為寒冷溫度區間可用淡藍色，舒適溫度區間為淺綠色，炎熱溫度區間顏色為紅色。

柱型溫度可以通過兩個按鍵分別設置該溫度計上下量程的溫度極限，即LED燈帶上下量程可調。

除此，還可調節LDE燈帶的亮滅高低和液晶顯示器的測試與校準，即設置有上下溫度調節測試按鍵。

柱型溫度計的上放設有三個可變換的LDE呼吸燈，其中兩個

LDE呼吸燈，在按鈕設置上下限后（可由當地寒冷或炎熱溫度設置），當溫度達到極限上下區間時LDE會分別點亮與蜂鳴器一同放出警示溫馨提示人們增減衣物；第三個LDE呼吸燈為當在設定的溫度區時（可設為當地舒適溫度范圍）點亮。

此溫度計還設有有液晶顯示時間和溫度，便于溫度標定及更好的顯示，更加方便與直觀。LED燈帶的點亮高度與溫度刻度值成一定的比例關系。

在外觀設計上大體上是數碼管加上LED燈管為主，LED平行并樹立兩排，一行LED代表一個刻度，數碼管作為實時溫度的顯示。外觀設計如圖4所示。

圖4 外觀設計

結束語

現代人們的生活水平不斷提高，對物品的要求大不同以前，足見淘汰水銀溫度計，慢慢轉向數字溫度計發展，傳統水銀溫度計精確度不高易碎，此溫度計不僅能給人良好的溫度變化趨勢的感官，也能直接清楚明白的顯示實時溫度，具有很好的觀賞性和實用性?？蛇m用作為景觀設計亦可用于家庭溫度計。此外其設計簡單，成本低廉。改設計打破了傳統溫度計的不精確不美觀難讀數的缺點，很時尚的結合了數字溫度計的特點，給人新穎和討喜的感覺。

參考文獻

［1］喻宗泉、李建民等編著.單片機原理與應用技術.西安：西安電子科技大學出版社，2006.

［2］謝自美等編著.電子線路設計.實驗.測試（第三版）［M］.武漢：華中科技大學出版社，2006.

［3］何立民.編著.MCS-51系列單片機應用系統設計.北京：北京航空航天大學出版社，1990.

基金項目：2014年廣西創新創業項目（2202）-大型室外柱體溫度計。

作者簡介：

韓劍（1982-），男，江西玉山人，碩士，講師，主要研究方向為精密測量與自動控制、EDA技術。