李圣信 于禎哉 張 博

（沈陽理工大學(xué) 遼寧沈陽 110159）

基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計

李圣信 于禎哉 張 博

（沈陽理工大學(xué) 遼寧沈陽 110159）

溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，在各個種類的企業(yè)中應(yīng)用廣泛的各種加熱設(shè)備、反應(yīng)爐設(shè)備等都需要嚴(yán)格的控制溫度。本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號采集與顯示，可以使用按鍵來設(shè)置溫度限定值通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號。

單片機(jī)；多路溫度采集;控制

0 前言

測量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)方法，綜合各種先進(jìn)的技術(shù)，是生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。所以，測量控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、冶金、電力、輕工和紡織等行業(yè)。溫度作為工業(yè)控制的重要參數(shù)之一，在各類的企業(yè)中應(yīng)用廣泛，各種加熱設(shè)備、反應(yīng)爐設(shè)備等都需要嚴(yán)格的控制溫度。在工業(yè)生產(chǎn)控制中，必須要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，這樣產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證0。為此，我們設(shè)計了采用AT89S51單片機(jī)控制的多路溫度采集控制系統(tǒng)錯誤！未找到引用源。。采取單片機(jī)作為核心，通過溫度傳感器對溫度信息進(jìn)行采集0。所以基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于很多工業(yè)過程控制中，使產(chǎn)品既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設(shè)計。采用單片機(jī)設(shè)計的多路溫度采集系統(tǒng)，可進(jìn)行溫度檢測、采集及顯示，對于提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源、資源都有非常重要的作用。

1 系統(tǒng)設(shè)計

在溫度采集系統(tǒng)中我們常常用到集成型溫度傳感器，集成型溫度傳感器可以達(dá)到較高的精度，在集成型溫度傳感器的使用過程中，由于采用的單總線傳輸方式進(jìn)行對遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測，所以在程序的控制上比較復(fù)雜。所以，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。系統(tǒng)通過溫度傳感器獲取溫度信息，通過運(yùn)算得到溫度顯示在LED顯示屏上，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，選擇是否進(jìn)行報警響應(yīng)。系統(tǒng)的設(shè)計框圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計

本設(shè)計中以DS18B20為傳感器、AT89S52單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測試系統(tǒng)。用4只DS18B20同時測控4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，所以在一條總線上可掛接多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20提供9位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。處理時，將DS18B20信號線與單片機(jī)一位口線相連，單片機(jī)可掛接多片DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。由于DS18B20只有三個引腳，其中兩根是電源線VDD和GND，另外一根用作總線DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸入均是數(shù)字信號且與TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。

基于DS18B20的多點(diǎn)溫度采集，共模擬了4點(diǎn)溫度，具有各點(diǎn)溫度采集功能，通過按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度,還設(shè)置報警溫度，具有越限報警功能。SW1～SW4通道0～通道3報警， XUNJIAN為巡檢鍵,關(guān)閉進(jìn)入巡檢模式。在本系統(tǒng)中，由于該溫度計還要進(jìn)行信息的實(shí)時顯示，所以設(shè)計了LED顯示電路。LED顯示器采用8段發(fā)光二極管。共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓。該電路由晶體管（NPN）、顯示器（共陽極LED）和電阻構(gòu)成。

在單片機(jī)采集溫度發(fā)生低于或超出所設(shè)定的溫度時，單片機(jī)系統(tǒng)能相應(yīng)發(fā)出提醒。本次設(shè)計采用蜂鳴器。蜂鳴器可用AT89S52的I/O口線通過設(shè)置PNP的飽和截止驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲,當(dāng)I/O口線發(fā)出具有一定的低電平信號,即可使蜂鳴器報警。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計是整個溫度采集系統(tǒng)的關(guān)鍵，即簡潔的硬件結(jié)構(gòu)是靠復(fù)雜的軟件來支持的。多個器件掛在一條總線上為了識別不同的器件，在程序設(shè)計過程中一般有四個步驟：初始化命令；傳送ROM命令；傳送RAM命令；數(shù)據(jù)交換命令。由于已經(jīng)在上面獲取了多個 DS18B20的 ROM代碼并在 AT89S52單片機(jī)內(nèi)部的E2PROM中建立了測量位置點(diǎn)和傳感器64位ROM代碼之間的關(guān)系表。軟件系統(tǒng)框圖如下圖2所示。設(shè)計方法如下：

(1) 采用模塊程序設(shè)計。

(2) 采用自頂向下的程序設(shè)計。

(3) 外部設(shè)備和外部事件盡量采用中斷方式與CPU聯(lián)絡(luò),這樣既便于系統(tǒng)模塊化,也可提高程序效率。

(4) 近幾年推出的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng),有些是支持高級語言的,如C51與PL/M96的編程和在線跟蹤調(diào)試。

(5) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計應(yīng)充分考慮到軟件抗干擾措施。

系統(tǒng)經(jīng)過初始化，進(jìn)入多通道顯示，然后掃描鍵盤，判斷是否有按鍵按下，然后進(jìn)行按鍵所控制的通道的溫度采集。所采集的溫度與設(shè)定的溫度相比較，越限可以報警。

由于DS18B20需要初始化才能使用，因此，首先必須對系統(tǒng)進(jìn)行初始化并且要關(guān)閉所有中斷，DS18B20把轉(zhuǎn)換到的溫度讀出，然后放到累加器A中，把之前設(shè)置的溫度報警的上限值轉(zhuǎn)換成DS18B20的輸出值，這樣然后再與報警上限的溫度值進(jìn)行比較，如果檢測的結(jié)果是溫度沒有超限，那么系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行檢測。

圖2 軟件系統(tǒng)框圖

4 結(jié)語

系統(tǒng)設(shè)計通過單片機(jī)控制數(shù)字化溫度傳感器DS18B20來采集溫度信號，可實(shí)現(xiàn)多路測溫；并能夠進(jìn)行溫度設(shè)定，進(jìn)行有效地控制溫度的過高或者過低，結(jié)構(gòu)清晰，操作簡單。因?yàn)閭鞲衅鞯募壜?lián)功能，可以在單總線上掛靠多個器件，而不必占用多個I/O口，因此使得系統(tǒng)更加簡捷。

[1]鄧海濤,謝莉.基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計[J].湖南人文科技學(xué)院學(xué)報,2014,05:124-129.

[2]楊麗君.AT89C51單片機(jī)控制的多路溫度檢測系統(tǒng)[J].自動化與儀表,2000,03:68-70.

[3]陳志紅,張甄,陳志勇.基于 51單片機(jī)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].硅谷,2010,21:90.

G322

B

1007-6344（2016）10-0190-01

李圣信（1994.03--）男，遼寧省丹東市人，本科學(xué)歷，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器。

于禎哉（1994.11--）男，甘肅省敦煌市，本科學(xué)歷，專業(yè)：通信工程。

張博(1995.04--) 男，陜西漢中人，本科學(xué)歷，專業(yè)：物流管理。