以AT89S52單片機(jī)和DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器為核心，可對多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時巡檢的設(shè)計方案。各檢測單元能獨(dú)立完成各自功能，同時可根據(jù)下位機(jī)的指令對溫度進(jìn)行定時采集，測量結(jié)果不僅能在本地實(shí)時顯示，且在越出警戒值時斷開繼電器;并在必要時可利用單片機(jī)串行口，通過RS-485總線及通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，同時進(jìn)行存檔、處理。

 

目前單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于溫度檢測和溫度控制中;同時單片機(jī)控制可控硅觸發(fā)信號也成為今后發(fā)展趨勢。因此，設(shè)計了基于Atmel公司的AT89S52控制系統(tǒng)和數(shù)字溫度傳感器DS18B20的溫度測量進(jìn)行現(xiàn)場溫度采集。溫度值既可送回主控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示;也可由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，并對各點(diǎn)進(jìn)行控制。下位機(jī)采用單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20系統(tǒng)。

 

1 方案論證

 

多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)中，一般具有測量點(diǎn)多、布線分散、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，如若選擇普通的溫度傳感器，為了將最終的檢測信號送回計算機(jī)處理，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路和接口電路，才能將所檢測到的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，再加上復(fù)雜的環(huán)境、較遠(yuǎn)的傳輸距離等因素，使得多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性較低。因此，設(shè)計了一種性能優(yōu)良的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)，其關(guān)鍵是溫度傳感器和主控單元的選擇與設(shè)計。

 

1.1 傳感器選擇

 

在先前的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的溫度傳感器一般將所采集到的模擬信號作為信號源，在A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸，這便導(dǎo)致了精度相對較低。本設(shè)計采用數(shù)字溫度采集芯片DS18B20采集信號，直接輸出數(shù)字信號，便于主控電路處理和控制，避免了傳統(tǒng)溫度傳感器的缺點(diǎn)及復(fù)雜的外圍電路。此外，DS18B20性能穩(wěn)定，僅采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，在0～100℃時，最大線形偏差<1℃，可用于工業(yè)測溫系統(tǒng)。單片機(jī)AT89S52可直接帶入多個DSB1820，因此可容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量，輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。

 

采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化的趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。同時，集成塊的使用，有效避免了外界干擾，提高測量電路的精確度，所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。

 

1.2 主控制模塊設(shè)計

 

設(shè)計采用8位單片機(jī)AT89S52作為主控模塊的核心器件。AT89S52芯片編程自由度大，可輕松實(shí)現(xiàn)各類算術(shù)算法和控制算法，且體積小、性能強(qiáng)大。可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對多個溫度芯片DS18B20的采集，并可控制繼電器關(guān)斷和風(fēng)鳴器報警，輕松實(shí)現(xiàn)與電腦的互聯(lián)通信。本設(shè)計采用主從分布思想，由一臺PC機(jī)作為上位機(jī)，多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)作為下位機(jī)，組成兩級分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

 

1.3 系統(tǒng)方案

 

系統(tǒng)硬件制作分為主控器和檢測器兩部分。本系統(tǒng)為典型的單片機(jī)檢測應(yīng)用系統(tǒng)，而原先采用的模擬式和數(shù)字式均無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的所有功能。因此，本系統(tǒng)上述兩部分硬件方案將采用智能式單片機(jī)系統(tǒng)。

 

檢測器部分采用多個單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20多點(diǎn)檢測電路、放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路等模數(shù)組合復(fù)雜電路，主控器部分AT89S52自帶看門狗功能、時鐘電路、存儲器及顯示電路、報警和控制電路，以及與PC機(jī)的通信電路等。

 

2 硬件電路設(shè)計

2.1 溫度測試電路

 

采用Dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，芯片采用3引腳TO-92小體積封裝形式。測溫分辨率最高可達(dá)0.062 5℃，具有較高的精度，被測溫度能夠以16位數(shù)字量方式串行輸出。

 

DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大幅提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。DS18B20的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，其數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成，硬件連接電路如圖1所示。

 

 

2.2 溫度實(shí)時顯示電路

 

目前工業(yè)控制顯示電路通常采用LED或LCD顯示數(shù)字，而顯示的過程也可簡單歸結(jié)于編程和譯碼的互逆過程。本設(shè)計考慮到現(xiàn)場溫度將超過100 ℃，因此，采用了3個共陰極7段顯示數(shù)碼管。顯示方式有動態(tài)掃描方式，即用一塊CC4511芯片就可以完成顯示功能。為確保突然停電時系統(tǒng)具備溫度報警數(shù)據(jù)的記憶功能，應(yīng)選用具備掉電保護(hù)數(shù)據(jù)特性的存儲器，設(shè)計選用I2C串行芯片EEPROM24C16、CC4511BCD譯碼器輸出，ULN2003達(dá)林頓芯片為位驅(qū)動掃描信號。

 

2.3 報警及控制SSR關(guān)斷電路