基于單片機的多點溫度監測系統設計

吳昊 黎洋 張清宇 張衡

摘要：本系統設計為一個多點溫度監測系統，主要實現三路溫度采集，采集的溫度可在LCD上顯示，可通過手動調整顯示其中一路的當前溫度值，低溫限值，高溫限值，并且可以通過按鍵調節溫度的高低限值。本次設計硬件部分以AT89C52單片機為核心，通過四路DS18B20溫度傳感器采集溫度，在單片機的控制下對相應傳感器采集到的溫度進行數據處理，并將處理后的數據顯示在LCD顯示器上。當所測溫度值超過溫度的高限值或低于低限值時，報警電路就會報警，蜂鳴器報警，發光二極管閃爍。

關鍵詞：溫度測量；51單片機；DS18B20

一、前言

隨著社會的進步和工業技術的發展，人們越來越重視溫度因素。許多產品對溫度監測范圍要求嚴格，而且目前市面上的溫度監測儀器都是單點測量，且溫度信息傳輸是不及時的、不夠精確的，從而不利于工業控制及時做出決定。在這種情況下，制作出多點溫度監測、實時性高、高精度的同步測量方案是很有必要的。因此，這次綜合設計以單片機為核心部件設計出一種多點溫度監測系統。本次綜合設計的目的在于掌握數字傳感器DS18B20的原理、性能、使用方法和特點，用keil對系統進行編程。本次設計綜合了電子信息、計算機技術專業領域方便的知識，具有綜合性、科學性、代表性，可全面檢驗和促進學生的理論素質和工作能力。本設計的研究可以使學生更好的掌握基于單片機應用系統的分析與設計方法，培養創新意識、協作精神和理論聯系實際的學風，提高電子產品研發素質、增強針對實際應用進行控制系統設計制作的能力。

二、總體方案設計

（一）方案論證與比較

方案一：采用3個溫度傳感器AD590來測量環境溫度，AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。然后分別將采集到的多路數據通過模數轉換芯片ADC0809進行信號轉換，即將采集模擬信號轉換為數字信號，然后送到單片機進行數據的分析與處理。在方案一中，輔助電路主要由時鐘電路、復位電路、報警電路、液晶顯示電路、鍵盤控制電路等組成。

方案二：這個方案使用AT89C52單片機為核心，以數字溫度傳感器DS18B20溫度的測量元件，在這個電路中采用3個DS18B20對各點溫度進行監測，通過鍵盤電路對溫度上下限值進行修改和循環顯示，顯示電路采用LCD1602模塊。

（二）方案選擇

方案一采用模擬溫度傳感器AD590，轉換結果需要經過運算放大器和A/D轉換器傳送給處理器。它控制雖然簡單，成本低，但是后續電路復雜，且需要進行溫度標定，集成溫度傳感器AD590輸出為電流信號，且輸出信號較弱，所以需要后續放大及A/D轉換電路，如采用普通運放則精度難以保證，而測量放大器價格較高，這樣會使系統成本升高。

方案二以DS18B20為傳感器和AT89C52單片機為控制核心組成多點溫度測試系統，該系統包括復位電路、時鐘電路、溫度采集電路、鍵盤與溫度顯示電路、上下限報警電路等。采用Dallas半導體公司推出的數字溫度傳感器DS18B20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。它具有獨特的單總線接口，僅需要占用一個通用I/O端口即可完成與微處理的通信。

因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。大大提高了系統的抗干擾能力。DS18B20體積小、經濟、使用方便靈活。測試精度高，較高的性價比，有CRC校驗，系統簡明直觀，適合于惡劣環境的現場測溫。

綜上所述，本次專業系統設計采用方案二對系統進行設計。

三、各單元模塊功能介紹及電路設計

（一）單片機系統模塊

AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業中有著廣泛的應用。

AT89C52單片機進行系統控制，運到到了復位電路，時鐘電路，串口，I/O接口。

（二）溫度采集模塊模塊設計

DS18B20溫度測量系統有一個很簡單的測溫系統，測溫精度高，方便連接。DS18B20與單片機的硬件連接方式有：VDD連接到一個外部電源，GND接地，輸入/輸出接口和單片機的輸入/輸出接口想連。不管是何種電源方式，輸入/輸出端口引腳必須連接大約4.7k上拉電阻。

在外部電源供電的方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用5V電壓供電，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上可以掛接多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是同一個。

（三）報警模塊設計

報警模塊主要由蜂鳴器、發光二極管、以及電阻和電容構成。

當傳感器測定的溫度值超出系統預設值時，蜂鳴器發出報警聲，同時發光二極管閃爍，提示監測人員注意，以便做出相應的調整。

四、調試與結果：

該測溫系統采用智能型溫度傳感器DS18B20，其測量溫度的范圍為-55?度～+125度，最大分辨率可以達到正負0.05度，采用單總線方式與單片機相連，同時可直接將溫度的模擬信號轉變為串行數字信號供處理器分析，以達到度溫度的實時監測，最終實現人機交換。

五、總結

溫度測量對日常工業生產以及自動化生產控制過程中都具有很大的作用，溫度保證整個生產過程的安全、有序、高效的進行，一種電子溫度測量儀器相比傳統的溫度測量有著明顯的優勢和更高的使用價值。本設計采用高主頻的單片機作為整個測溫系統的核心處理器，通過與溫度傳感器進行實時通信處理溫度傳感器傳輸的數字信號，進行相應的溫度參數的快速分析處理，并通過終端顯示LCD實時顯示溫度值，與用戶進行實時通信。

參考文獻：

[1]占自才，徐雪松.基于單片機的數字溫度計設計與仿真研究[J].九江學院學報（自然科學版），2015，30（01）：20-21.

[2]朱海濤.基于單片機的數字溫度計的設計及顯示[J].電子世界，2013（06）：26-27.

[3]宋艷麗，宋武.基于單片機的智能數字溫度計的設計[J].黃岡職業技術學院學報，2011，13（02）：99-102.

[4]余澤輝，伍建軍，陳潔，余艷平.基于單片機的數字溫度計的研究與設計[J].儀器儀表用戶，2007（02）：9-11.