王聰

渤海大學工學院

基于單片機應用
——多點溫度測量系統(tǒng)的設計

王聰

渤海大學工學院

從古至今，在人們的日常生活和生產(chǎn)中，人們經(jīng)常會用到溫度，人們出門在外要考慮到溫度，工業(yè)生產(chǎn)的時候同樣要考慮溫度，可以說是非常重要的物理量。溫度的細微變化，都可能對人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生極其重大的變化。

溫度測量 單片機 溫度傳感器 單總線結構

1 研發(fā)背景

相信無論是老人還是孩童，都能感覺到現(xiàn)如今已是高科技占主導地位的信息化時代，多點溫度測量系統(tǒng)便是這個科技時代的產(chǎn)物。多點溫度系統(tǒng)具有以下特點：

①能夠對多點溫度值進行測量；②能夠指定的顯示某個測量點；③能夠輪流的顯示測量點；④精度可以在0.1攝氏度。

2 單片機介紹

現(xiàn)如今已經(jīng)有越來越多的人關注到如何開發(fā)和研制多種多樣的單片機。這種科技產(chǎn)品，就像微型的計算機拿掉I/O設備一樣。單片機具有價格便宜，質量很輕、體積很小既經(jīng)濟又實用的優(yōu)點。單片機的種類多種多樣，很多具有電壓低、性能高的特點，受到許多對科研有興趣的人青睞。

3 DS18B20介紹

DS18B20的用法簡單實用，只用一根數(shù)據(jù)線DQ。遇到更復雜的情況，單片機與多個DS18B20通信也不用焦急，看似復雜、實則簡單，采用一根數(shù)據(jù)線上的方法便可輕輕松松的解決與單片機進行通信，如此看來，這種方法采用的是單總線結構。這種智能溫度傳感器能夠滿足較高系統(tǒng)的測溫要求。由以上的介紹可以看出來，DS18B20的特點讓它從眾多的產(chǎn)品中脫穎而出。

4 總體結構

多點溫度測量系統(tǒng)的總體結構和其它的多層次復雜的溫度測量系統(tǒng)的總體結構相比，具有層次簡單分明、所需要的材料不多的特點。系統(tǒng)處于處理狀態(tài)時，總體結構如圖1所示：

圖1 多路溫度測量系統(tǒng)的總體結構

5 硬件電路

5.1 總體組成

①AT89C51單片機；

②時鐘電路；

③復位電路。

5.2 具體介紹

①結構：單總線結構；

②測溫模塊：4個溫度傳感器DS18B20。

K1是測量點選中鍵，K0是功能鍵。如果訪問這個器件，知道ROM地址是關鍵。硬件電路仿真如圖2所示：

圖2 多點溫度測量系統(tǒng)在Proteus的硬件電路

對于顯示器，可以選擇的種類很多，在這里采用LCD1602。LCD1602的體積微小、輕薄攜帶方便、功耗消耗很小，人們可以在低功耗應用系統(tǒng)和袖珍式儀表中找到LCD1602的身影。

這里說的時鐘電路，是一種接口并不復雜的振蕩電路。

相信生活中許多人都會用到計算器的清零按鈕，這個按鈕是為了眾所周知是讓計算器恢復到原始的狀態(tài)，說到這里，文中所提到的復位電路便和這個計算器的清零按鈕有異曲同工的效果。

6 系統(tǒng)設計介紹

6.1 讀選中DS18B20模塊溫度值

處理的步驟如下：

①啟動溫度轉換命令，讀取溫度值，等待轉換完成需要通過調用延時程序實現(xiàn)，因為12位DS18B20溫度轉換需要的時間有點長；

②提取64位ROM地址，發(fā)送成功重要的環(huán)節(jié)是必須要找到對應的DS18B20模塊，這個過程要注意總線匹配問題；

③最后將讀暫存器命令發(fā)給總線。

6.2 讀ROM地址程序

這個程序中關鍵的一步計算偏移地址。這個偏移地址要從存放在當前的DS18B20模塊中去尋找。然后，依次去執(zhí)行如下圖流程圖中顯示的三個步驟，最后執(zhí)行返回。步驟如圖3所示：

圖3 讀ROM地址程序的流程

6.3 ROM地址程序顯示

圖4 ROM地址程序顯示的流程

ROM地址程序顯示分為“地址提取”和“顯示地址”兩個步驟。（注意：提取地址的時候，提取的地方是在ROM地址緩沖區(qū)）這個步驟如圖4所示。

6.4 溫度程序顯示

溫度程序顯示分兩個環(huán)節(jié)：一個是顯示對應的溫度值，另一個是顯示與之對應的提示信息。

處理步驟：

①首先用高5位去判斷是負數(shù)還是正數(shù)；

②不論判斷的結果為負或為正，之后都會執(zhí)行同樣的步驟，轉換成字符編碼之后，尋找對應的顯示緩沖區(qū)，放入；

③最后的步驟是顯示緩沖區(qū)的內容。

6.5 主程序

處理步驟如下：

①LCO初始化；

②對按鍵進行檢測，判斷是讀DS18模塊的溫度值，還是讀DS18B20模塊的ROM地址；

③讀溫度或ROM地址。

7 發(fā)展前景

掌握好溫度的測量，對人們的生活和生產(chǎn)極其有利；忽略了溫度的測量，也許會對生產(chǎn)產(chǎn)生極其可怕的后果。所以，一直以來許多人致力于溫度測量系統(tǒng)的設計。

現(xiàn)如今，人們隨處可見多點溫度測量系統(tǒng)的身影，它已經(jīng)受到人們廣泛的歡迎。未來，新的家庭產(chǎn)品、工業(yè)設計、醫(yī)療器械生產(chǎn)會以多種多樣的方式呈現(xiàn)在人們的面前，這就意味著越來越多的產(chǎn)品離不開這種系統(tǒng)。這種系統(tǒng)從結構方面看，結構簡單，設計方便；這種系統(tǒng)從經(jīng)濟方面看，價格不昂貴，不用過于擔心經(jīng)濟費用。由此便可以得出，多點溫度測量系統(tǒng)會有很廣闊的發(fā)展前景。

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[2]韓克，薛迎霄，等.單片機應用技術——基于Proteus的項目設計與仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2013

[3]丁元杰.單片機原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社

[4]李建忠.單片機原理及應用.西安：西安電子科技大學出版社，2002

[5]嚴天峰.單片機應用系統(tǒng)設計與仿真調試.北京：北京航空航天大學出版社，2005

[6]周潤景，等.基于Proteus的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真.北京:北京航空航天大學出版社，2006

正因為如此，能夠掌握溫度的測量技術并且能夠有效的控制對人們來說是至關重要的！本文將會提到現(xiàn)實中人們經(jīng)常能用到的智能溫度傳感器DS18B20，這種傳感器由采用美國Dalla半導體公司推出，接觸這種傳感器的人會發(fā)現(xiàn)這種傳感器的體積很小，而且硬件的成本不算高，值得一提的是，這種傳感器的精度高、抗干擾能力強。