引言

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

1 總體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由AT89C51單片微型計(jì)算機(jī)、鍵盤顯示電路、溫度顯示電路、看門狗電路、溫度測(cè)試電路、串口通信電路等組成。

圖1 多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件框圖

圖2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 硬件電路

2.1 溫度測(cè)試電路

溫度測(cè)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(cè)溫范圍為-55～+125℃，測(cè)溫分辨率可達(dá)O.062 5℃，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等特點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

DSl8820有4個(gè)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(hào)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(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值;

(4)配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。DSl8820在0工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(gòu)

圖3中：TM為測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫入0，不能改變;R0，Rl為溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)4種分辨率如表1所列，出廠時(shí)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(gòu)與分辨率關(guān)系表

高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如圖4所示。當(dāng)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(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第O和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖4所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=O時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)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(jī)直接以1根線相連，圖5為多個(gè)DSl8B20通過單總線與單片機(jī)相連的原理圖，圖中，DSl8B20采用外部電源供電方式。

圖5 DSl8B20測(cè)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(gè)按鍵，主要包括10個(gè)數(shù)字鍵以及“上限”、“下限”、“確定”等功能鍵。當(dāng)有鍵按下時(shí)，8279產(chǎn)生中斷信號(hào)送入單片機(jī)，然后轉(zhuǎn)向相應(yīng)的功能程序。

顯示部分采用1片75451與5個(gè)LED數(shù)碼管相連來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，工作狀況下，從左向右依次顯示為通道號(hào)、溫度的正負(fù)號(hào)、溫度值的十位、溫度值的個(gè)位以及溫度值的小數(shù)點(diǎn)后一位。

2.3 電源電路

因?yàn)閱纹瑱C(jī)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(duì)惡劣，單片機(jī)會(huì)受到周圍環(huán)境的干擾，因而出現(xiàn)程序跑飛、死機(jī)等一些不可預(yù)知的不正常工作現(xiàn)象，工作人員也不可能到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)單片機(jī)重起，本設(shè)計(jì)為單片機(jī)電路添加一個(gè)外部看門狗電路，定時(shí)查詢單片機(jī)的工作狀態(tài)，一但發(fā)現(xiàn)異常即對(duì)單片機(jī)延時(shí)重起，以保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。其電路如圖7所示。

圖7 看門狗電路

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件采用模塊化方法進(jìn)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(cè)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(duì)采集到的溫度進(jìn)行計(jì)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(shí)別及相關(guān)處理;溫度測(cè)試程序主要完成由溫度芯片傳送數(shù)據(jù)的處理，并進(jìn)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(shí)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(yǔ)

利用AT89C51單片機(jī)和DSl8B20數(shù)字溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的檢測(cè)與控制。系統(tǒng)具有信號(hào)數(shù)字化、硬件簡(jiǎn)單化和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，如果與相應(yīng)的可擴(kuò)展接口芯片相連，則可實(shí)現(xiàn)更多路溫度的測(cè)量與控制，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要。