李娟娟

（呂梁學(xué)院 物理系，山西 呂梁 033000）

溫度矩陣的采集與顯示

李娟娟

（呂梁學(xué)院 物理系，山西 呂梁 033000）

溫度是重要的物理參量，對(duì)人體溫度、環(huán)境溫度、糧倉(cāng)溫度、儲(chǔ)油罐溫度等都需要進(jìn)行非常準(zhǔn)確的測(cè)量和精密的控制。該文介紹了單片機(jī)STC89C52為核心，使用DS18B20溫度傳感器的四路溫度采集與顯示系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。

溫度傳感器；溫度矩陣；單片機(jī)

0 引言

目前，國(guó)際上新型的溫度傳感器正從集成化向智能化、從感應(yīng)模擬信號(hào)向感應(yīng)數(shù)字信號(hào)的方向發(fā)展；在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，分布式溫度集成測(cè)量系統(tǒng)較少。

本設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)四路溫度的采集與2*2溫度矩陣顯示，實(shí)現(xiàn)分布式集成溫度測(cè)量。設(shè)計(jì)了硬件電路以及軟件流程，實(shí)現(xiàn)CPU通過(guò)串行總線協(xié)議從四個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)讀取溫度信息，51單片機(jī)對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后以2*2溫度矩陣形式在LCD液晶屏上顯示，如果任一路或多路溫度超過(guò)設(shè)定值則蜂鳴報(bào)警。

1 溫度矩陣采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主要硬件電路包括：溫度采集電路，時(shí)鐘電路，數(shù)碼管顯示電路，報(bào)警電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由溫度傳感器、單片機(jī)微控制器、LCD顯示、按鍵裝置、報(bào)警裝置五部分組成。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

STC89C52RC單片機(jī)是CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，而且具備低功耗、高性能的優(yōu)勢(shì)。

溫度傳感器DS18B20屬于數(shù)字傳感器，在硬件方面使用集成芯片、軟件方面采用單總線技術(shù)，能夠最大限度地減小外界干擾，提高測(cè)量精度。單片機(jī)首先讀取傳感器的唯一序列號(hào)，再讀取該傳感器的溫度。

單片機(jī)STC89C52的兩個(gè)XTAL接口接外部振蕩電路即時(shí)鐘電路，外部時(shí)鐘電路由兩個(gè)電容和一個(gè)晶振組成，為單片機(jī)提供振蕩頻率，振蕩電路如下圖2-1所示。當(dāng)感應(yīng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器鳴響，設(shè)定值可調(diào)整，報(bào)警電路連接如圖2-2所示。通過(guò)按鍵裝置可以自行調(diào)節(jié)溫度設(shè)定值，下圖2-3是按鍵模塊電路圖。

圖2-1 振蕩電路

圖2-2 蜂鳴報(bào)警電路

圖2-3 按鍵模塊電路

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主控模塊選用STC89C52RC系列單片機(jī)，與溫度傳感器連接發(fā)送匹配ROM命令，匹配ROM值，然后讀取各傳感器采集到的溫度信息，設(shè)置各溫度傳感器讀取到的溫度值在LCD上的顯示位置，再向LCD顯示器發(fā)送各傳感器的序列號(hào)及溫度值。與按鍵模塊以及報(bào)警模塊連接，通過(guò)按鍵可調(diào)節(jié)溫度的限定值，當(dāng)檢測(cè)到的某一路或幾路溫度超過(guò)該限定值，報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。多路溫度采集系統(tǒng)的主程 序流程圖如圖3所示：

圖3 主程序流程圖

主程序讀取傳感器溫度的部分代碼如下：

void main（void） ｛……

temp=read_temp（1）； //讀取第1個(gè)傳感器的溫度

write_com（0x83）； //設(shè)置顯示位置

dispTemp（temp）； //顯示

第1個(gè)傳感器的溫度

……｝

DS18B20的單總線訪問(wèn)協(xié)議的步驟如下所示：

（1）單片機(jī)通過(guò)程序?qū)S18B20進(jìn)行復(fù)位初始化，首先在單總線上發(fā)出持續(xù)的低電平復(fù)位脈沖，然后釋放單總線至少等待480μs并接收采樣，DS18B20發(fā)出低電平存在脈沖。

（2）單片機(jī)向DS18B20寫(xiě)ROM操作指令，如果檢測(cè)到總線上存在存屬期間，單片機(jī)便可發(fā)送ROM操作命令。

（3）單片機(jī)向DS18B20寫(xiě)RAM操作指令啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，獲取供電方式。

（4）單片機(jī)與DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。若溫度有變化，則單片機(jī)向DS18B20發(fā)送讀溫度命令，DS18B20以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式發(fā)送到數(shù)據(jù)總線。

讀取溫度傳感器的部分代碼如下：

#include ＜DS18B20.H＞……

uint read_temp（uchar z）/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/｛……

Init_DS18B20（）；

b20_Matchrom（z）； //匹配ROM

WriteOneChar（0x44）； //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換

Delay_DS18B20（20）； ……

WriteOneChar（0xBE）； //讀取溫度寄存器

……｝

2 溫度矩陣采集系統(tǒng)的仿真

用proteus軟件進(jìn)行仿真，將程序通過(guò)Keil軟件燒寫(xiě)進(jìn)STC89C51單片機(jī)，通過(guò)按鍵來(lái)控制測(cè)量溫度的上限。溫度傳感器將所測(cè)的溫度信息直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)做出相應(yīng)的判斷。仿真結(jié)果如圖4所示。

設(shè)定溫度的報(bào)警閾值為28℃，調(diào)整四路溫度傳感器的溫度，觀察到LCD顯示屏上溫度矩陣的顯示且聽(tīng)到溫度采集儀發(fā)出警報(bào)。

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)完成了以STC89C52單片機(jī)為核心、以DS18B20為溫度傳感器的四路溫度矩陣顯示及報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真，創(chuàng)新點(diǎn)在于四路溫度在LCD上的矩陣顯示。

［1］王 哲，基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2010（4）.

［2］王運(yùn)志，郭水旺.單總線數(shù)字式恒溫控制裝置的設(shè)計(jì)［J］.天中學(xué)刊，2008，10（5）.

［3］侯學(xué)峰，溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)（學(xué)科版），2008（1）.

圖4 仿真電路

項(xiàng)目類型：呂梁學(xué)院校內(nèi)青年基金，項(xiàng)目編號(hào)：ZRQN201516，項(xiàng)目名稱：分布式溫度傳感器集成測(cè)量系統(tǒng)的研究。

李娟娟（1987— ），女，山西呂梁人，碩士研究生，助教；研究方向：微納傳感器及集成測(cè)量系統(tǒng)。