孫域鐠 魏穎 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從4位、8位單片機(jī)發(fā)展到16位、32位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)ATMAGE16設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)溫度采集儀，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我成功的實(shí)現(xiàn)了利用單片機(jī)對(duì)溫度的采集和測(cè)量。

1 溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)

溫度測(cè)量采用DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器。由DS18B20 構(gòu)成的智能溫度測(cè)量裝置由三部分組成：DS18B20 溫度傳感器、ATMAGE16、顯示模塊。產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)：①測(cè)量范圍：-55℃～+125℃，②測(cè)量精度：0.5℃，③反應(yīng)時(shí)間≤500ms。為了達(dá)到更高的精度，則在對(duì)DSl8B20測(cè)溫原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，采取直接讀取DSl8B20內(nèi)部暫存寄存器的方法，將DSl8B20 的測(cè)溫分辨率提高到0.01℃～0.1℃，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器l的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值。這樣，就可以通過(guò)下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。溫度測(cè)量電路如圖1所示。

圖1 溫度測(cè)量電路

溫度傳感器DS18B20將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以?xún)?nèi)的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機(jī)的P1.1 相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。ATMAGE16 是整個(gè)裝置的控制核心，ATMAGE16內(nèi)帶1K字節(jié)的FlashROM,用戶(hù)程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽(yáng)數(shù)碼管和4個(gè)9012組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對(duì)傳感器的讀寫(xiě)和對(duì)溫度的顯示。

2 分布式溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字式傳感器一般采用單總線(xiàn)技術(shù)(1-WIREBUS），即在單片機(jī)或計(jì)算機(jī)接口中只用一根導(dǎo)線(xiàn)（輸入/ 輸出信號(hào)線(xiàn)），美國(guó)Dallas公司最新推出的1-WireBus數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，與傳統(tǒng)的溫度傳感器不同，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms 和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化為9 位和12位的數(shù)字量，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；為實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)串口長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)采用了RS232 串行接口，通信距離可以達(dá)到15m，如果采用RS422或RS485串行接口可以達(dá)到1000m。串口通信由PC機(jī)與單片機(jī)的通信和單片機(jī)多機(jī)通信組成，每個(gè)從機(jī)負(fù)責(zé)溫度的測(cè)量然后通過(guò)多機(jī)通信把溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到主單片機(jī)上，最后PC機(jī)通過(guò)VB程序控制串口把主單片機(jī)上的所有溫度數(shù)據(jù)收集起來(lái)。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框圖

3 結(jié)束語(yǔ)

在傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)中，往往采用模擬的溫度傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才可以被微處理器識(shí)別和處理。這樣的設(shè)計(jì)方法不僅對(duì)前端模擬信號(hào)處理電路提出了更高的要求，而且不具有數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)功能。本設(shè)計(jì)文結(jié)合DSl8B20的新特性和現(xiàn)代溫度測(cè)量系統(tǒng)提出的新要求，提出了基于智能數(shù)字溫度傳感器DSl8820的高精度、分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案具有安裝方便、數(shù)字化程度高、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在多種溫度檢測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)模塊化的電路測(cè)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)組裝，測(cè)溫精度可以達(dá)到±0.01℃。設(shè)計(jì)出的多路遠(yuǎn)距離自動(dòng)化、智能化溫度采集系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)只給出2路從機(jī)采集，根據(jù)需要可以增加更多從機(jī)進(jìn)行溫度采集。