溫度矩陣的采集與顯示

李娟娟

（呂梁學院 物理系，山西 呂梁 033000）

溫度矩陣的采集與顯示

李娟娟

（呂梁學院 物理系，山西 呂梁 033000）

溫度是重要的物理參量，對人體溫度、環境溫度、糧倉溫度、儲油罐溫度等都需要進行非常準確的測量和精密的控制。該文介紹了單片機STC89C52為核心，使用DS18B20溫度傳感器的四路溫度采集與顯示系統的工作原理和設計方法。

溫度傳感器；溫度矩陣；單片機

0 引言

目前，國際上新型的溫度傳感器正從集成化向智能化、從感應模擬信號向感應數字信號的方向發展；在技術上，以單片機控制的單參數單回路系統居多，分布式溫度集成測量系統較少。

本設計是實現四路溫度的采集與2*2溫度矩陣顯示，實現分布式集成溫度測量。設計了硬件電路以及軟件流程，實現CPU通過串行總線協議從四個溫度節點讀取溫度信息，51單片機對溫度數據進行處理，然后以2*2溫度矩陣形式在LCD液晶屏上顯示，如果任一路或多路溫度超過設定值則蜂鳴報警。

1 溫度矩陣采集系統的設計方案

1.1 系統硬件設計

本系統的主要硬件電路包括：溫度采集電路，時鐘電路，數碼管顯示電路，報警電路。系統結構框圖如圖1所示，主要由溫度傳感器、單片機微控制器、LCD顯示、按鍵裝置、報警裝置五部分組成。

圖1 系統結構框圖

STC89C52RC單片機是CMOS8位微控制器，具有8K系統可編程Flash存儲器，而且具備低功耗、高性能的優勢。

溫度傳感器DS18B20屬于數字傳感器，在硬件方面使用集成芯片、軟件方面采用單總線技術，能夠最大限度地減小外界干擾，提高測量精度。單片機首先讀取傳感器的唯一序列號，再讀取該傳感器的溫度。

單片機STC89C52的兩個XTAL接口接外部振蕩電路即時鐘電路，外部時鐘電路由兩個電容和一個晶振組成，為單片機提供振蕩頻率，振蕩電路如下圖2-1所示。當感應溫度高于設定值時，蜂鳴器鳴響，設定值可調整，報警電路連接如圖2-2所示。通過按鍵裝置可以自行調節溫度設定值，下圖2-3是按鍵模塊電路圖。

圖2-1 振蕩電路

圖2-2 蜂鳴報警電路

圖2-3 按鍵模塊電路

1.2 系統軟件設計

主控模塊選用STC89C52RC系列單片機，與溫度傳感器連接發送匹配ROM命令，匹配ROM值，然后讀取各傳感器采集到的溫度信息，設置各溫度傳感器讀取到的溫度值在LCD上的顯示位置，再向LCD顯示器發送各傳感器的序列號及溫度值。與按鍵模塊以及報警模塊連接，通過按鍵可調節溫度的限定值，當檢測到的某一路或幾路溫度超過該限定值，報警模塊發出警報。多路溫度采集系統的主程 序流程圖如圖3所示：

圖3 主程序流程圖

主程序讀取傳感器溫度的部分代碼如下：

void main（void） ｛……

temp=read_temp（1）； //讀取第1個傳感器的溫度

write_com（0x83）； //設置顯示位置

dispTemp（temp）； //顯示

第1個傳感器的溫度

……｝

DS18B20的單總線訪問協議的步驟如下所示：

（1）單片機通過程序對DS18B20進行復位初始化，首先在單總線上發出持續的低電平復位脈沖，然后釋放單總線至少等待480μs并接收采樣，DS18B20發出低電平存在脈沖。

（2）單片機向DS18B20寫ROM操作指令，如果檢測到總線上存在存屬期間，單片機便可發送ROM操作命令。

（3）單片機向DS18B20寫RAM操作指令啟動溫度轉換，獲取供電方式。

（4）單片機與DS18B20進行數據傳輸。若溫度有變化，則單片機向DS18B20發送讀溫度命令，DS18B20以16位二進制補碼形式發送到數據總線。

讀取溫度傳感器的部分代碼如下：

#include ＜DS18B20.H＞……

uint read_temp（uchar z）/*讀取溫度值并轉換*/｛……

Init_DS18B20（）；

b20_Matchrom（z）； //匹配ROM

WriteOneChar（0x44）； //啟動溫度轉換

Delay_DS18B20（20）； ……

WriteOneChar（0xBE）； //讀取溫度寄存器

……｝

2 溫度矩陣采集系統的仿真

用proteus軟件進行仿真，將程序通過Keil軟件燒寫進STC89C51單片機，通過按鍵來控制測量溫度的上限。溫度傳感器將所測的溫度信息直接轉化成數字信號反饋給單片機，單片機做出相應的判斷。仿真結果如圖4所示。

設定溫度的報警閾值為28℃，調整四路溫度傳感器的溫度，觀察到LCD顯示屏上溫度矩陣的顯示且聽到溫度采集儀發出警報。

3 總結

本設計完成了以STC89C52單片機為核心、以DS18B20為溫度傳感器的四路溫度矩陣顯示及報警系統的設計及仿真，創新點在于四路溫度在LCD上的矩陣顯示。

［1］王 哲，基于單片機的溫度控制系統設計［J］.機械研究與應用，2010（4）.

［2］王運志，郭水旺.單總線數字式恒溫控制裝置的設計［J］.天中學刊，2008，10（5）.

［3］侯學峰，溫度測量系統設計［J］.吉林省教育學院學報（學科版），2008（1）.

圖4 仿真電路

項目類型：呂梁學院校內青年基金，項目編號：ZRQN201516，項目名稱：分布式溫度傳感器集成測量系統的研究。

李娟娟（1987— ），女，山西呂梁人，碩士研究生，助教；研究方向：微納傳感器及集成測量系統。