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摘要:该装置的主要设备是ATMEL公司的AT89S52单片机和DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器。可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。其中DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器,由于其具有单总线的独特优点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。
关键词:温度测量 数字温度传感器 单片机 加热器
一.引言:
本设计运用单线式思想,由一台单片机进行多点温度数据采集,形成多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 2510串行口通讯,通过单片机进行现场温度采集。温度值既可以送回单片机进行数据处理,由显示器显示。也可以由按键控制,实时显示当前各点的温度值,对各点进行控制。
本系统是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。
二.方案:
温度检测系统有则共同的特点:测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号,则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路,才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样,由于各种因素会造成检测系统较大的偏差,又因检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响,会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分:温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大,也高居各类传感器之首。
1.传感器部分:在多点测温系统中,传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换,而为了获得较高的测温精度,就必须采用措施解决由长线传输,多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。在0-100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS1820和微控制器AT89S52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89S52可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。
2.主控制部分:此方案采用AT89S52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小,硬件实现简单,安装方便。既可以单独对多个DS18B20控制工作,还可以与PC机通信.运用单线式思想,由一台单片机进行多点温度数据采集,形成单线式多点温度测量的巡回检测系统,进行控制。另外AT89S52在工业控制上也有着广泛的应用,编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
三.硬件电路设计:
系统底层电路的功能主要包括:多点温度测试及其相关处理,实时显示温度信息。硬件设计主要包括以下几个模块:电源以及手动复位电路, 键盘以及显示电路,温度测试电路,接口电路。下面对电路分区域进行说明:
1.电源:
下图为电源电路,其工作在5V的工作电压下,考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣,单片机会受到周围环境的干扰,可能出现一些不可预知的不正常工作现象。需要对单片机重起,本设计为单片机电路添加一个外部手动电路。一但发现异常即对单片机延时重起,保证系统安全可靠的运行。
2.键盘以及显示电路:
键盘电路:单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘有编码和非编码两种。非编码键盘硬件电路极为简单。本系统采用按键控制。
温度显示电路:设计采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示,两种方法在本设计中皆可。由于静态扫描要用到多片串入并出芯片,考虑到电路板成本计算。本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。显示数据由译码器输出。
3.温度测试电路:
这里用到温度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。
DS18B20支持"一线总线"接口,测量温度范围为 -55€癈~+125€癈,在-10~+85€癈范围内,精度为€?.5€癈。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
四.软件设计:
整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的,当硬件基本定型后,软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类:一是监控软件(主程序),它是整个控制系统的核心,专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件(子程序),它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出,并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后,就可以规划监控程序了。
主程序:主程序调用了3个子程序,分别是数码管显示程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度测试程序。键盘扫描电路及按键处理程序:实现键盘的输入按键的识别及相关处理。
五.结束语:
AT89S52的时钟为12M,I/O口可达32个,高的时钟频率和丰富的I/O,都为实现电路功能提供了非常有利的条件。同时也AT89S52内含4KB FLASH ROM,开发环境友好,易用,方便,大大加快本系统设计开发。实时显示电路的设计,使温度信息更迅速,直观地发布。本制作的设计中使用了传感器的只是插座电路,因此,该系统的可扩展性很强。整个系统硬件简单可靠,系统成本低。
作者简介:耿玉磊,西北大学信息科学与技术学院2007级本科,电子科学与技术专业
关键词:温度测量 数字温度传感器 单片机 加热器
一.引言:
本设计运用单线式思想,由一台单片机进行多点温度数据采集,形成多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 2510串行口通讯,通过单片机进行现场温度采集。温度值既可以送回单片机进行数据处理,由显示器显示。也可以由按键控制,实时显示当前各点的温度值,对各点进行控制。
本系统是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。
二.方案:
温度检测系统有则共同的特点:测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号,则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路,才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样,由于各种因素会造成检测系统较大的偏差,又因检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响,会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分:温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大,也高居各类传感器之首。
1.传感器部分:在多点测温系统中,传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换,而为了获得较高的测温精度,就必须采用措施解决由长线传输,多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。在0-100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS1820和微控制器AT89S52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89S52可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。
2.主控制部分:此方案采用AT89S52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小,硬件实现简单,安装方便。既可以单独对多个DS18B20控制工作,还可以与PC机通信.运用单线式思想,由一台单片机进行多点温度数据采集,形成单线式多点温度测量的巡回检测系统,进行控制。另外AT89S52在工业控制上也有着广泛的应用,编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
三.硬件电路设计:
系统底层电路的功能主要包括:多点温度测试及其相关处理,实时显示温度信息。硬件设计主要包括以下几个模块:电源以及手动复位电路, 键盘以及显示电路,温度测试电路,接口电路。下面对电路分区域进行说明:
1.电源:
下图为电源电路,其工作在5V的工作电压下,考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣,单片机会受到周围环境的干扰,可能出现一些不可预知的不正常工作现象。需要对单片机重起,本设计为单片机电路添加一个外部手动电路。一但发现异常即对单片机延时重起,保证系统安全可靠的运行。
2.键盘以及显示电路:
键盘电路:单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘有编码和非编码两种。非编码键盘硬件电路极为简单。本系统采用按键控制。
温度显示电路:设计采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示,两种方法在本设计中皆可。由于静态扫描要用到多片串入并出芯片,考虑到电路板成本计算。本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。显示数据由译码器输出。
3.温度测试电路:
这里用到温度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。
DS18B20支持"一线总线"接口,测量温度范围为 -55€癈~+125€癈,在-10~+85€癈范围内,精度为€?.5€癈。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
四.软件设计:
整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的,当硬件基本定型后,软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类:一是监控软件(主程序),它是整个控制系统的核心,专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件(子程序),它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出,并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后,就可以规划监控程序了。
主程序:主程序调用了3个子程序,分别是数码管显示程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度测试程序。键盘扫描电路及按键处理程序:实现键盘的输入按键的识别及相关处理。
五.结束语:
AT89S52的时钟为12M,I/O口可达32个,高的时钟频率和丰富的I/O,都为实现电路功能提供了非常有利的条件。同时也AT89S52内含4KB FLASH ROM,开发环境友好,易用,方便,大大加快本系统设计开发。实时显示电路的设计,使温度信息更迅速,直观地发布。本制作的设计中使用了传感器的只是插座电路,因此,该系统的可扩展性很强。整个系统硬件简单可靠,系统成本低。
作者简介:耿玉磊,西北大学信息科学与技术学院2007级本科,电子科学与技术专业