基于C51單片機(jī)的多路溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冉剛

摘 要：基于在工廠或企業(yè)，需要對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，本文介紹了一種能巡回監(jiān)測(cè)多路溫度的設(shè)計(jì)，以數(shù)字溫度傳感器DSl8B20作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫元件，以STC89C52單片機(jī)作為控制單元組成的可以對(duì)多路溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的硬件電路圖和軟件流程圖。在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集和控制都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各路溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并具有超限報(bào)警和指示功能。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；串口；數(shù)字傳感器DS18B20

中圖分類號(hào)：TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）12-0021-02

在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時(shí)無刻不在與溫度打著交道。目前市場(chǎng)主要存在單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種溫度測(cè)量?jī)x表。對(duì)于單點(diǎn)溫測(cè)儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測(cè)量精度高，測(cè)量范圍大，而得到了普遍的應(yīng)用。該類儀表可很好的滿足單個(gè)用戶單點(diǎn)測(cè)量的需要。多點(diǎn)溫度測(cè)量?jī)x表，相對(duì)與單點(diǎn)的測(cè)量精度有一定的差距，雖然實(shí)現(xiàn)了多路溫度的測(cè)控，但價(jià)格昂貴。針對(duì)目前市場(chǎng)的現(xiàn)狀，本文提出了一種可滿足要求、可擴(kuò)展的并且性價(jià)比高的單片機(jī)多路測(cè)溫系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)現(xiàn)的要求及功能

基本目標(biāo)：（1）測(cè)溫范圍：-55～+125℃。（2）溫度測(cè)量誤差：±0.5℃。（3）可修改溫度的上下報(bào)警門限。

擴(kuò)展目標(biāo)：（1）支持上位機(jī)波形監(jiān)測(cè)溫度。（2）報(bào)警門限掉電不丟失。

1.2 主控芯片方案

單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。從控制系統(tǒng)的大小和復(fù)雜度出發(fā)，必須考慮單片機(jī)的基本參數(shù)和增強(qiáng)功能。前者往往需要考慮芯片的速度，ROM容量，I/O引腳數(shù)量和工作電壓（1.8V/3V/5V）等，后者則包括是否擁有看門狗，雙指針，雙串口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，CAN接口，SPI接口，USB接口等附加模塊。本設(shè)計(jì)中受控對(duì)象只有時(shí)鐘芯片、液晶顯示、和一些外圍小模塊，復(fù)雜度低，采用低端的通用的單片機(jī)芯片就能夠滿足要求。

1.3 顯示方案

采用上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多路溫度數(shù)據(jù)的顯示和保存。成本最低，實(shí)現(xiàn)形式更豐富。

1.4 溫度監(jiān)控實(shí)現(xiàn)方案

采用DS18B20溫度傳感器，DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。DS18B20的存儲(chǔ)器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM，可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL，以及一個(gè)配置寄存器。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總框架

本次設(shè)計(jì)的多路溫度監(jiān)測(cè)的核心部件是51單片機(jī)（如STC89C52），通過51單片機(jī)控制8路溫度傳感器DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多路溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過上位機(jī)監(jiān)控和控制，上位機(jī)采用比較流行的G語言LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)，和上位機(jī)通信采用主流的串口通信，簡(jiǎn)單易行，而且很可靠。本次設(shè)計(jì)的主要實(shí)現(xiàn)過程就是由51單片機(jī)發(fā)送命令給8路溫度傳感器DS18B20，再由溫度傳感器DS18B20反饋溫度值和儲(chǔ)存在DS18B20 EEPROM種的報(bào)警門限值給51單片機(jī)，然后由51單片機(jī)通過串口發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)保存，分析統(tǒng)計(jì)。

2.2 主控芯片STC89C52

MCS-51單片機(jī)是美國intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)111條，MCS-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品。

2.3 溫度傳感器DS18B20電路設(shè)計(jì)

圖1所示，（1）采用單總線的接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。（2）測(cè)量溫度范圍寬，測(cè)量精度高DS18B20的測(cè)量范圍為-55℃～+125℃；在-10～+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C。（3）供電方式靈活DS18B20可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時(shí)序滿足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。（4）每個(gè)器件都有唯一的8字節(jié)（64位）光刻碼（1字節(jié)CRC校驗(yàn)碼+6字節(jié)序列碼+1字節(jié)家族代碼0x28），使得多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

3 控制系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計(jì)

3.1 主程序流程介紹

控制系統(tǒng)主程序流程圖2所示。（1）開始。上電，開機(jī)后，單片機(jī)會(huì)從內(nèi)部地址0x0000處開始運(yùn)行。（2）初始化包含如下模塊的的初始化。單片機(jī)資源初始化，如定時(shí)器。串口初始化。設(shè)置與上位機(jī)通信的串口波特率。（3）讀DS18B20溫度傳感器。目的是避免第一次轉(zhuǎn)換，在LCD1602上顯示85℃。傳感器初始化上電時(shí)溫度寄存器初值為0x0550（表示85℃）。（4）延時(shí)1s。等待單片機(jī)控制的各個(gè)模塊上電穩(wěn)定。（5）進(jìn)入while（1）。進(jìn)行死循環(huán)里運(yùn)行程序。（6）串口接收服務(wù)程序。根據(jù)收到的一幀數(shù)據(jù)，來分別執(zhí)行不同的動(dòng)作，如設(shè)置每個(gè)溫度傳感器報(bào)警門限。（7）1s定時(shí)到，開始串口發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī)。

3.2 DS18B20溫度讀取程序

DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→暫存器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)語

本多路測(cè)溫儀系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，能很好地巡回采集多路溫度信息，并能及時(shí)傳送給上位機(jī)，具有速度快、精度高、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。此系統(tǒng)所采用的傳感器全為數(shù)字化芯片，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。