黃斌

（電子科技大學(xué) 四川 成都 610054）

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中監(jiān)測的重要參數(shù)，溫度過高或過低都會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響，甚至使產(chǎn)品報(bào)廢、設(shè)備損壞。因此對溫度進(jìn)行監(jiān)測具有十分重要的作用，特別在冶金和化工領(lǐng)域。隨著傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等不斷發(fā)展，為智能溫度測溫系統(tǒng)精度的提高和穩(wěn)定性改善等提供了條件。溫度監(jiān)測系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。本文以ATmega16單片機(jī)為核心，以及液晶顯示器、數(shù)字溫度傳感器DS1624、報(bào)警裝置和串行通訊設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對溫度的監(jiān)測。這種溫度監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)性能可靠，不僅軟件設(shè)計(jì)靈活簡單，而且還具有精度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

1 元器件的選擇

1.1 ATmega16單片機(jī)簡介

ATmega16是基于增強(qiáng)的A VR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16 AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率[1]。因此文中采用ATmega16單片機(jī)可以保證很好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送以及對溫度的采集。

1.2 溫度傳感器的選擇

DS1624是美國DALLAS公司[2]生產(chǎn)的集成了測量系統(tǒng)和存儲器于一體的芯片。數(shù)字接口電路簡單，與I2C總線兼容，且可以使用一片控制器控制多達(dá)8片的DS1624。DS1624可工作在最低2.7 V電壓下，適用于低功耗應(yīng)用系統(tǒng)，除此之外，DS1624還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）無需外圍元件即可測量溫度；

2）測量范圍為－55～+125℃，精度為 0.031 25℃；

3）測量溫度的結(jié)果以13位數(shù)字量（兩字節(jié)傳輸）給出；

4）測量溫度的典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為1 s；

5）集成了256字節(jié)的E2PROM非易性存儲器；

6）數(shù)據(jù)的讀出和寫入通過一個(gè)2－線（I2C）串行接口完成；

7）采用8腳DIP或SOIC封裝。

1.3 液晶顯示器

T6963C是一個(gè)用在LCD控制驅(qū)動集成電路（LSI）和數(shù)據(jù)顯示存儲器上的LCD控制器。它有一個(gè)8位的并行數(shù)據(jù)總線和控制線與MPU接口進(jìn)行讀寫操作，它除了可以直接與80系列的8位微處理器相連接以外，還有以下特點(diǎn)：

1）字符字體可由硬件或軟件設(shè)置，字體有 4種：5×8、6×8、7×8、8×8；

2）T6963C的占空比可從1/16到1/128；

3）T6963C具有字符發(fā)生器 ROM，共有 128種字符，T6963C可管理64K顯示緩沖區(qū)；

4）T6963C可以圖形方式、文本方式及圖形和文本合成方式進(jìn)行顯示，以及文本方式下的特征顯示，還可以實(shí)現(xiàn)圖形拷貝操作。

1.4 串行通訊設(shè)備

為了能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)與上位機(jī)通訊的功能，本系統(tǒng)采用MAX232接口模式[3]，利用單片機(jī)內(nèi)部集成的UART收發(fā)器進(jìn)行與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊功能。當(dāng)單片機(jī)通過串口與上位機(jī)[4]相連，工作過程中一旦檢測到上位機(jī)發(fā)來的命令，單片機(jī)便將當(dāng)前溫度值傳送給上位機(jī)，方便了數(shù)據(jù)的存儲與處理。

2 ATmega16的設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示，首先單片機(jī)通過鍵盤輸入得到所需要的最低工作溫度和最高工作溫度，然后單片機(jī)每隔一秒讀取溫度傳感器的溫度值，并將溫度傳感器的當(dāng)前溫度、最低工作溫度和最高工作溫度都通過液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示出來；當(dāng)單片機(jī)[5-7]所讀取的當(dāng)前溫度大于最高工作溫度或者小于最低工作溫度時(shí)，單片機(jī)就會控制報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)聲；另外，溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用MAX232接口模式，使用ATmega16內(nèi)部集成的UART收發(fā)器進(jìn)行與上位機(jī)全雙工通訊，波特率采用9 600 bps，單片機(jī)通過接口可以將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)存儲，這樣便于以后的數(shù)據(jù)對比分析；實(shí)際的溫度監(jiān)測系統(tǒng)電路如圖2所示。

圖1 溫度監(jiān)測系統(tǒng)框圖Fig.1 Temperature monitoring system diagram

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)運(yùn)用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想[8]。把整體任務(wù)分成一個(gè)個(gè)子任務(wù)，每個(gè)子程序都完成其規(guī)定的功能，明確輸入輸出。將這些程序連接起來就構(gòu)成整體流程圖。模塊化編程，每個(gè)模塊結(jié)構(gòu)完整，相互獨(dú)立的程序段。這些程序可以任意調(diào)用、修改，使整個(gè)程序結(jié)構(gòu)清晰，組合靈活，維護(hù)調(diào)試方便。所設(shè)計(jì)的軟件流程圖如圖3所示，當(dāng)開始初始化時(shí)，單片機(jī)的定時(shí)器1每隔一秒讀取溫度傳感器的溫度值，并將溫度值實(shí)時(shí)的顯示出來。如果單片機(jī)所讀取溫度傳感器的溫度值大于最大溫度時(shí)，定時(shí)器0中斷，此時(shí)發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲；同理，如果單片機(jī)所讀取溫度傳感器[9-10]的溫度值小于最小溫度時(shí)，定時(shí)器2中斷，發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。

圖2 溫度監(jiān)測系統(tǒng)電路Fig.2 Circuit of temperature monitoring system

圖3 軟件流程圖Fig.3 Software flaw chart

3 溫度對比

為了檢驗(yàn)監(jiān)測系統(tǒng)測量的溫度精度，我們專門用該系統(tǒng)所測到的溫度值與實(shí)際溫度計(jì)測量到的溫度值進(jìn)行對比，如表1所示。由此表的數(shù)據(jù)可知，該監(jiān)測系統(tǒng)測量的溫度與實(shí)際溫度計(jì)測量的溫度的誤差不超過0.5℃，因此可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

表1 溫度對比Tab.1 Comparison of temperature data

4 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)以ATmega16單片機(jī)為核心，利用DS1624進(jìn)行測溫，具有硬件電路簡單、測量溫度精度高、功能強(qiáng)、簡單靈活等優(yōu)點(diǎn)。它可以應(yīng)用于監(jiān)測溫度在－55～+125℃之間的各種場合，而且監(jiān)測的溫度精度保持在±0.5℃，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。此外，該系統(tǒng)可以通過與上位機(jī)之間的通訊來保存溫度數(shù)據(jù)，以便于將來進(jìn)行對比分析數(shù)據(jù)。

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