基于單片機柱體溫度計的設(shè)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(shè)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(shè)計是一款簡單實用的小型數(shù)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(shù)碼管一個、DS18B20、發(fā)光二極管、長距離導線、電容電阻若干。本次數(shù)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(shù)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(zhuǎn)換；復位部分，即復位電路；該設(shè)計所測的溫度精度可達小數(shù)點后一位，測量范圍為0-40℃，當溫度升高或則下降時，發(fā)光二極管對應的刻度也隨著升高或者降低。

【關(guān)鍵詞】AT89S51；溫度計；DS18B20；發(fā)光二極管

引言

傳統(tǒng)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(shù)又極不方便。對于純數(shù)字的溫度計讀數(shù)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(shù)的簡單需要又能很美觀的呈現(xiàn)溫度的升降變化。

傳統(tǒng)的溫度計有反應速度慢、讀數(shù)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(shè)計并制作了一款基于AT89S52的便攜式柱體數(shù)字溫度計，其電路簡單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實現(xiàn)。

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(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器，研究單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器能輸出13位二進制數(shù)據(jù)，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(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǔ)上發(fā)展而成的。典型的產(chǎn)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76。智能溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫度控制系統(tǒng)：他們可以脫離微控制器單獨工作，自行構(gòu)成一個溫度儀。

目前，智能化溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標準化、規(guī)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(shù)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(fā)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(fā)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(qū)域的DS18B20。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。

DS18B20的核心功能是它的直接讀數(shù)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(tài)下默認的精度為12位。DS18B20啟動后保持低功耗等待狀態(tài)；當需要執(zhí)行溫度測量和AD轉(zhuǎn)換時，總線控制器必須發(fā)出［44h］命令。在那之后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式被存儲到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當DS18B20由外部電源供電時，總線控制器在溫度轉(zhuǎn)換指令之后發(fā)起“讀時序”（見單總線系統(tǒng)節(jié)），DS18B20正在溫度轉(zhuǎn)換中返回0，轉(zhuǎn)換結(jié)束返回1。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進入溫度轉(zhuǎn)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(jié)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(tǒng)，單片機，顯示模塊和刻度模塊組成。大體系統(tǒng)設(shè)計如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)設(shè)計

先采用數(shù)字溫度測量傳感器DS18B20對當?shù)丨h(huán)境溫度進行實時檢測，檢測到的數(shù)字信號輸后送給單片機處理。

經(jīng)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(qū)間內(nèi)可選用不同顏色的燈帶，具體可分為寒冷溫度區(qū)間可用淡藍色，舒適溫度區(qū)間為淺綠色，炎熱溫度區(qū)間顏色為紅色。

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

除此，還可調(diào)節(jié)LDE燈帶的亮滅高低和液晶顯示器的測試與校準，即設(shè)置有上下溫度調(diào)節(jié)測試按鍵。

柱型溫度計的上放設(shè)有三個可變換的LDE呼吸燈，其中兩個

LDE呼吸燈，在按鈕設(shè)置上下限后（可由當?shù)睾浠蜓谉釡囟仍O(shè)置），當溫度達到極限上下區(qū)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(shè)定的溫度區(qū)時（可設(shè)為當?shù)厥孢m溫度范圍）點亮。

此溫度計還設(shè)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(guān)系。

在外觀設(shè)計上大體上是數(shù)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(shù)碼管作為實時溫度的顯示。外觀設(shè)計如圖4所示。

圖4 外觀設(shè)計

結(jié)束語

現(xiàn)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(zhuǎn)向數(shù)字溫度計發(fā)展，傳統(tǒng)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。可適用作為景觀設(shè)計亦可用于家庭溫度計。此外其設(shè)計簡單，成本低廉。改設(shè)計打破了傳統(tǒng)溫度計的不精確不美觀難讀數(shù)的缺點，很時尚的結(jié)合了數(shù)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(shù).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(shè)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(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學出版社，1990.

基金項目：2014年廣西創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(shù)。