江鈺婷，于云霞，鄒 雪，竇悉絲

（成都理工大學(xué) 信息與通信工程系，四川 成都 610059）

溫度檢測(cè)的應(yīng)用必不可少。醫(yī)學(xué)上，醫(yī)生給病人測(cè)量體溫要用到溫度計(jì)；工業(yè)上，人們的供暖需要鍋爐保持恒溫；塑料橡膠行業(yè)、節(jié)能、汽車(chē)維護(hù)、電力供電系統(tǒng)、食品超市行業(yè)、空調(diào)工程、設(shè)備故障診斷、有色冶金行業(yè)、石油化工行業(yè)以及造紙印刷行業(yè)等都需要溫度檢測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和應(yīng)用范圍的區(qū)別，在嚴(yán)格控制成本預(yù)算的情況下，需要研制一種簡(jiǎn)易的測(cè)溫報(bào)警系統(tǒng)，在一定溫度范圍內(nèi)，設(shè)備能進(jìn)行區(qū)域報(bào)警[1]。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 主控芯片的選擇

可以用片內(nèi)具有4K在線(xiàn)編程存儲(chǔ)器的STC89C51為主控芯片，STC89C51是一款微處理器，具有功耗低和性能高的特點(diǎn)。STC89C51內(nèi)置EEPROM存儲(chǔ)，當(dāng)我們需要掉電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，可直接利用片內(nèi)存儲(chǔ)?；旌闲盘?hào)常用MSP430處理，強(qiáng)大的集成功能是它最大的優(yōu)點(diǎn)。在同一塊芯片上，430能集成不同類(lèi)型的電路，包括微處理器在內(nèi)，模擬電路和數(shù)字電路也能集成。但是，這款芯片就開(kāi)發(fā)的難易程度而言，卻比51系列相對(duì)大得多，并且價(jià)格昂貴，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的指標(biāo)不符合。當(dāng)然，也可以選擇PIC類(lèi)單片機(jī)例如877A。采用PIC類(lèi)芯片與溫度傳感器結(jié)合，PIC16F877A的引腳數(shù)量是40個(gè)，DQ引腳為數(shù)據(jù)端，與芯片連接[2]。

1.2 顯示器件的選擇

1602的應(yīng)用廣，且功能多。顯示內(nèi)容寬泛，數(shù)字自然不用說(shuō)，字母和符號(hào)也是它的特長(zhǎng)，甚至于自定義字符也可以在屏幕上展示出來(lái)。顯示字符分為上下兩行，由5×7點(diǎn)陣組成。在數(shù)據(jù)傳輸方式上，LCD1602的傳輸方式有兩種，即串行和并行傳輸。無(wú)論用哪一種傳輸方式，相比較而言在控制方面難度低，容易實(shí)現(xiàn)功能，和HD44780相比，LCD1602的控制原理和它沒(méi)有差別，但就本設(shè)計(jì)而言，完全能夠?qū)崿F(xiàn)顯示多路溫度數(shù)據(jù)與溫度符號(hào)的作用。

1.3 溫度傳感器的選擇

18B20采用單線(xiàn)連接，無(wú)論是測(cè)單路或是多路均只需一根總線(xiàn)，簡(jiǎn)化電路，省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，使系統(tǒng)電路更簡(jiǎn)單，控制了設(shè)計(jì)成本。除了這些優(yōu)點(diǎn)，在精度比較方面，數(shù)字式的傳感器相較于熱電偶更勝一籌。根據(jù)傳感器內(nèi)部的系列號(hào)，可以將多個(gè)傳感器組建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)在單根總線(xiàn)上進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)[3]。

1.4 總體設(shè)計(jì)方案

由STC89C51和溫度傳感器DS18B20組成系統(tǒng)。測(cè)溫系統(tǒng)包括傳感器電路、顯示電路、報(bào)警電路、按鍵電路（見(jiàn)圖1）。用多個(gè)DS18B20組建成一個(gè)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)通過(guò)單總線(xiàn)進(jìn)行傳輸。能夠設(shè)置報(bào)警溫度的上下限，利用顯示模塊目測(cè)數(shù)據(jù)，限值設(shè)置用按鍵控制，使用前先進(jìn)行預(yù)置，事先確定一個(gè)范圍，上電后根據(jù)被測(cè)溫度自動(dòng)報(bào)警[4]。

圖1 基于STC89C51的多路溫度控制系統(tǒng)框架

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 DS18B20傳感器

2.1.1 DS18B20傳感器的特性

供電方式可選擇數(shù)據(jù)線(xiàn)，電壓范圍是3～5 V，可測(cè)溫度在-55～125 ℃。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)需要將精度控制在±0.5 ℃，也就是溫度保持在-10～85 ℃。工作時(shí)間在750 ms內(nèi)時(shí)，分辨率為12位。另外，18B20的特點(diǎn)也體現(xiàn)在硬件連接上，元件反接易燒壞，但18B20不會(huì)。

2.1.2 DS18B20的工作原理

18B20含有兩種晶振，可分為低溫和高溫系數(shù)，低溫度系數(shù)晶振給計(jì)數(shù)器1送固定頻率的信號(hào)，高溫度系數(shù)晶振為計(jì)數(shù)器2送脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器1和寄存器需提前設(shè)置，對(duì)應(yīng)-55 ℃溫度值。產(chǎn)生脈沖信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器1進(jìn)行的工作是減法操作，需將預(yù)置數(shù)變?yōu)?。這時(shí)寄存器自動(dòng)加一，再重復(fù)置數(shù)，計(jì)數(shù)器1進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至計(jì)數(shù)器2為0，此時(shí)寄存器停止工作，所得數(shù)據(jù)就是測(cè)量溫度值。斜率累加器用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)[5]。測(cè)溫原理框如圖2所示。

圖2 測(cè)溫原理框

2.2 LCD1602液晶顯示器

2.2.1 LCD1602的功能

1602是液晶型，同時(shí)它也屬于點(diǎn)陣型，可同時(shí)顯示字母與符號(hào)。字符之間和每行之間的間距為一個(gè)點(diǎn)距，并且在每一位當(dāng)中都有，每行之間也有[6-7]。

2.2.2 LCD1602的字符范圍

在計(jì)算機(jī)中，DDRAM是RAM中的一種，共80個(gè)字節(jié)，具有寄存字符代碼的功能，幫助儲(chǔ)存顯示數(shù)據(jù)。字符想要在屏幕上進(jìn)行顯示，需要將字符代碼送至RAM。1602的顯存與DDRAM一樣，都是80個(gè)，可是1602的屏幕只能顯示32個(gè)且分為上下兩行的字符，所以有一部分代碼就無(wú)法顯示[8]。

2.3 蜂鳴器

電磁式簧片型原理類(lèi)似電鈴，通過(guò)簧片振動(dòng)產(chǎn)生聲音，按具體情況選擇交流或直流電[9]。

3 實(shí)物圖

仿真成功后，根據(jù)仿真效果進(jìn)行實(shí)際電路的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用Protel99se軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)物模擬，檢驗(yàn)仿真與程序的協(xié)同效果。在原理圖布線(xiàn)完成并確定無(wú)誤后，首先按照原理圖布置各個(gè)元器件，然后將元器件的相關(guān)引腳進(jìn)行連接，根據(jù)編輯規(guī)則對(duì)仿真進(jìn)行規(guī)范檢查，對(duì)照具體錯(cuò)誤處對(duì)原理圖進(jìn)行修改，最終以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，之后轉(zhuǎn)為PCB圖[10]。

最后，將PCB圖打印到紙上，再轉(zhuǎn)印至覆銅板上，經(jīng)過(guò)腐蝕之后，便只剩下本設(shè)計(jì)所繪制的電路，最后根據(jù)PCB圖，將元器件焊接在電路板上，然后進(jìn)行調(diào)試，實(shí)物情況如圖3所示。

圖3 實(shí)物圖

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于這次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)既是一次機(jī)遇，又是一次挑戰(zhàn)。在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，筆者學(xué)到了很多東西，通過(guò)自己的實(shí)踐，增強(qiáng)了動(dòng)手能力。通過(guò)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)，了解到書(shū)本知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的差別。在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多的問(wèn)題，這都需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，并一步一步地去解決它。

[1]蘇鐵力.傳感器及其接口技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社，1998.

[2]中國(guó)電子學(xué)會(huì).傳感器與執(zhí)行器大全[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[3]白雪冰，張延林.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[4]謝運(yùn)祥，歐陽(yáng)森.電力電子單片機(jī)控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2007.

[5]王洪業(yè).傳感器技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1995.

[5]李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[6]王法能.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[7]樓然苗，李光飛.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[8]胡汗才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[9]王萍.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[10]朱定華，戴淑萍.單片機(jī)微機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.