曹紅艷

阿城繼電器股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150302

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度檢測(cè)和控制都直接和安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。溫度檢測(cè)類儀表作為溫度計(jì)量工具，也因此得到廣泛應(yīng)用。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)生產(chǎn)管理的自動(dòng)化水平的要求越來(lái)越高，在很多場(chǎng)合，諸如啤酒、飲料、食品、白酒發(fā)酵生產(chǎn)線，中頻熱處理行業(yè)的水路溫度保護(hù)，提升機(jī)、通訊機(jī)、發(fā)電廠等軸溫記錄，變電所各電節(jié)點(diǎn)的溫度檢測(cè)，農(nóng)業(yè)大棚、雞舍等，不僅要求溫度巡檢儀能自動(dòng)巡檢，而且要求更加智能化，以達(dá)到無(wú)人看守，溫度自動(dòng)巡檢的目的，因此，研制智能溫度巡檢儀前景廣闊。

1 系統(tǒng)原理

該智能溫度巡檢儀由AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同測(cè)溫點(diǎn)的溫度采集、顯示、超限報(bào)警功能。同時(shí)此巡檢儀通過(guò)鍵盤設(shè)定實(shí)現(xiàn)了溫度的定點(diǎn)跟蹤/自動(dòng)巡檢、溫度報(bào)警上下限值的設(shè)定和精度的選擇；除此之外，還增加了串口通信功能，以便智能溫度巡檢儀能夠與單片機(jī)進(jìn)行通信。采用增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來(lái)構(gòu)架溫度采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)。溫度顯示、報(bào)警電路：用74LS373來(lái)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管進(jìn)行測(cè)試點(diǎn)的溫度靜態(tài)顯示；當(dāng)系統(tǒng)測(cè)得溫度超過(guò)設(shè)定的溫度值范圍時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)開始工作。用算法軟件編程的方法來(lái)自動(dòng)修正測(cè)量誤差以提高測(cè)量精度；通過(guò)選擇精度，以適合不同環(huán)境。通過(guò)進(jìn)入鍵和退出鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)跟蹤和自動(dòng)巡檢。系統(tǒng)以AT89S52為核心，利用4個(gè)DS18B20通過(guò)單總線與單片機(jī)連接構(gòu)成溫度采集部分；智能溫度巡檢儀的人機(jī)界面由5個(gè)高亮LED和一個(gè)5個(gè)按鍵的鍵盤，外加指示燈組成。同時(shí)系統(tǒng)擁有溫度上下限報(bào)警電路，看門狗電路及時(shí)鐘電路，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了一個(gè)RS232通信模塊，能將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)提供給任何支持RS232通信的設(shè)備。

2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

2.1 溫度采集電路設(shè)計(jì)

本部分采用將DS18B20的I/O數(shù)據(jù)線與AT89S52單片機(jī)的P1.6口線相連，用4只DS18B20同時(shí)測(cè)量4路溫度。DS18B20 只有3個(gè)引腳，其中兩根是電源線和GND，另外一根用作總線DQ與微處理器直接進(jìn)行接口。

2.2 溫度顯示電路設(shè)計(jì)

溫度顯示電路采用靜態(tài)顯示方式，設(shè)計(jì)亮度高，適合工作人員在3m內(nèi)清晰查看。5個(gè)74HC573分別與5個(gè)數(shù)碼管連接，5個(gè)74HC573的LE鎖存使能輸入端分別與AT89S52的I/O口P2.3-P2.7連接，三態(tài)輸出使能輸入端全部接地。

2.3 溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)置了上下限溫度值報(bào)警系統(tǒng)，如果測(cè)量的溫度超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的溫度值的范圍，則報(bào)警系統(tǒng)開始發(fā)出提示，為了雙重保險(xiǎn)，我們?cè)陔娐分羞M(jìn)行發(fā)光和蜂鳴報(bào)警，這樣可以通過(guò)視覺(jué)和聽覺(jué)兩種方式發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警。

2.4 鍵盤電路的設(shè)計(jì)

由于鍵盤直接接到單片機(jī)I/O口，小按鍵抖動(dòng)極大，必須做硬件上的消抖處理，一般在設(shè)計(jì)的時(shí)候都使用4*4鍵盤，在這里使用5個(gè)按鍵，節(jié)省了硬件開銷。5個(gè)按鍵分別是“進(jìn)入”、“確定”、“△”、“▽”和“返回”。5個(gè)按鍵分別接入P3.2、P1.0-P1.3I/O口。有鍵按下時(shí)，輸入口被置為高電平（TTL），無(wú)按鍵事件發(fā)生時(shí)，輸入口為低電平（TTL）。1.0μF電容用于鍵盤消抖。綠、黃兩個(gè)指示燈分別指示溫度源的狀態(tài)：自動(dòng)、手動(dòng)。高電平有效（TTL），分別接入單片機(jī)P1.4、P1.5I/O口。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，對(duì)不同功能模塊的程序進(jìn)行分別編程，以便移植或調(diào)用，這樣使軟件層次結(jié)構(gòu)清晰，有利于軟件的調(diào)試與修改。本設(shè)計(jì)借鑒操作系統(tǒng)的思想，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于交互式菜單的軟件框架，盡管系統(tǒng)沒(méi)有商用操作系統(tǒng)的高效實(shí)時(shí)機(jī)制和安全性能，但這個(gè)框架代碼精簡(jiǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，成功地將軟件分為若干個(gè)“前后臺(tái)”子系統(tǒng)模塊。并借鑒了可視化操作的思想，菜單選擇執(zhí)行使得交互界面更加友好，進(jìn)一步提高了儀表的性能。軟件模塊基本分為：主程序菜單系統(tǒng)模塊、系統(tǒng)初始化模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度報(bào)警模塊、鍵盤設(shè)置模塊、串口通信模塊。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)基于DS18B20測(cè)溫原理，以AT89S52為控制核心，利用4個(gè)數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20通過(guò)單總線與單片機(jī)連接構(gòu)成溫度采集電路，同時(shí)系統(tǒng)具有溫度上下限報(bào)警電路，看門狗電路及時(shí)鐘電路。系統(tǒng)溫度采集測(cè)量實(shí)用性強(qiáng)，能夠很好地巡回采集多路溫度信號(hào)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本低，外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用中工作性能穩(wěn)定，測(cè)量溫度準(zhǔn)確。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮到了可擴(kuò)展性，經(jīng)過(guò)一定的添加或改造，很容易增加功能，如在總線上多掛接幾個(gè)DS18B20可實(shí)現(xiàn)更多點(diǎn)的溫度巡檢。適用范圍廣泛，可以單獨(dú)使用作為監(jiān)測(cè)儀，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)的環(huán)境變化，工業(yè)廠房測(cè)量各部分的工作溫度等等。也可以作為智能檢測(cè)系統(tǒng)的一部分，與其它設(shè)備協(xié)同工作。

[1]高云紅.數(shù)字溫度傳感器在多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].2006,23(2):61-63.

[2]張洪潤(rùn),楊指南,陳炳周,等.智能技術(shù)-系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007:358-360.

[3]Giuseppe Ferri·Vincenzo Stornelli.A high precision temperature control system for CMOS integrated wide range resistive gas sensors[J].Analog Integr Circ Sig Process,2006,47:293-301.