引言

在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，多點溫度檢測系統(tǒng)的應用十分廣泛，例如消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力設備的過熱故障預知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運輸工具組件的過熱檢測，醫(yī)療與診斷設備的溫度測試等。針對這一情況，本文設計了一種基于單片機AT89C51、數(shù)字溫度傳感器DSl8820的多點溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用DSl8820單總線的特點，可以方便地組建傳感器網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)多點溫度的測量。該系統(tǒng)設計靈活、抗干擾性好，可以在惡劣的工作環(huán)境中進行溫度測量。

1 總體結(jié)構

設計的多點溫度檢測系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由AT89C51單片微型計算機、鍵盤顯示電路、溫度顯示電路、看門狗電路、溫度測試電路、串口通信電路等組成。

圖1 多點溫度檢測系統(tǒng)硬件框圖

圖2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構圖

2 硬件電路

2.1 溫度測試電路

溫度測試電路主要采用溫度芯片DSl8820，它是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，測溫范圍為-55～+125℃，測溫分辨率可達O.062 5℃，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等特點，特別適合于構成多點溫度測控系統(tǒng)。其內(nèi)部結(jié)構如圖2所示。

DSl8820有4個主要的數(shù)據(jù)部件：

(1)64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、48位序列號和8位家族代碼(28H)組成;

(2)溫度靈敏元件;

(3)非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值;

(4)配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲器中的第五個字節(jié)。DSl8820在0工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應精度的數(shù)值，其各位定義如圖3所示。

圖3 DS18B20配置寄存器結(jié)構

圖3中：TM為測試模式標志位，出廠時被寫入0，不能改變;R0，Rl為溫度計分辨率設置位，其對應4種分辨率如表1所列，出廠時R0，R1置為缺省值：R0=1，R1=1(即12位分辨率)，用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。

表1 配置寄存器結(jié)構與分辨率關系表

高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如圖4所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第O和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖4所示。對應的溫度計算：當符號位S=O時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制;當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。

圖4 DS18B20寄存器映像圖

由于DSl8B20是單線數(shù)字溫度傳感器，因此它基本不需要外圍電路就可以與單片機直接以1根線相連，圖5為多個DSl8B20通過單總線與單片機相連的原理圖，圖中，DSl8B20采用外部電源供電方式。

圖5 DSl8B20測溫電路

2.2 鍵盤及顯示電路

該系統(tǒng)采用的是矩陣式鍵盤，共組成20個按鍵，主要包括10個數(shù)字鍵以及“上限”、“下限”、“確定”等功能鍵。當有鍵按下時，8279產(chǎn)生中斷信號送入單片機，然后轉(zhuǎn)向相應的功能程序。

顯示部分采用1片75451與5個LED數(shù)碼管相連來實現(xiàn)動態(tài)顯示，工作狀況下，從左向右依次顯示為通道號、溫度的正負號、溫度值的十位、溫度值的個位以及溫度值的小數(shù)點后一位。

2.3 電源電路

因為單片機工作電源為+5 V，且底層電路功耗很小，采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。具體電路如圖6所示。

圖6 電源電路圖

2.4 看門狗電路

考慮到底層電路板的工作環(huán)境相對惡劣，單片機會受到周圍環(huán)境的干擾，因而出現(xiàn)程序跑飛、死機等一些不可預知的不正常工作現(xiàn)象，工作人員也不可能到現(xiàn)場對單片機重起，本設計為單片機電路添加一個外部看門狗電路，定時查詢單片機的工作狀態(tài)，一但發(fā)現(xiàn)異常即對單片機延時重起，以保證系統(tǒng)安全可靠的運行。其電路如圖7所示。

圖7 看門狗電路

3 軟件設計

系統(tǒng)的軟件采用模塊化方法進行編程，主要由主程序、數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描以及按鍵處理程序、溫度測試程序、中斷控制程序等組成。其中主程序完成系統(tǒng)初始化和對采集到的溫度進行計算等;鍵盤掃描電路及按鍵處理程序?qū)崿F(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識別及相關處理;溫度測試程序主要完成由溫度芯片傳送數(shù)據(jù)的處理，并進行判斷和顯示;數(shù)碼管顯示程序完成向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分;中斷控制程序則實現(xiàn)循環(huán)顯示功能。

系統(tǒng)程序流程圖如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)程序流程圖

4 結(jié)語

利用AT89C51單片機和DSl8B20數(shù)字溫度傳感器可以實現(xiàn)多點溫度的檢測與控制。系統(tǒng)具有信號數(shù)字化、硬件簡單化和抗干擾能力強等特點，如果與相應的可擴展接口芯片相連，則可實現(xiàn)更多路溫度的測量與控制，以適應工業(yè)生產(chǎn)的需要。