基于IIC協(xié)議小型溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

顧 涵，潘啟勇，龐 盼

常熟理工學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，江蘇常熟 215500

溫度是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛＝佑|的物理量，人們的生活與周?chē)h(huán)境的溫度息息相關(guān)。在傳統(tǒng)溫度采集技術(shù)中，最普遍使用的是傳感器，但隨著傳感器的增多，會(huì)增加大量的數(shù)據(jù)電纜，不僅會(huì)增加設(shè)計(jì)成本，還會(huì)給系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)增大難度。因此，我們提出的小型溫度采集系統(tǒng)越來(lái)越顯示出它的優(yōu)勢(shì)。本文所設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng)基于IIC協(xié)議[1]進(jìn)行通信，可大幅度降低設(shè)計(jì)成本。

1 IIC總線和硬件設(shè)計(jì)

IIC總線產(chǎn)生于80年代，是目前最常用的短距離芯片間的通訊方式之一，最初用于音頻和視頻設(shè)備開(kāi)發(fā)，如今主要應(yīng)用于單個(gè)組件狀態(tài)的通信。IIC總線用兩根線實(shí)現(xiàn)了雙全工同步數(shù)據(jù)傳送，可以方便地構(gòu)成多機(jī)外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。尋址采用器件地址的硬件設(shè)置方法，通過(guò)軟件尋址完全避免了器件的片選尋址，從而使硬件系統(tǒng)的擴(kuò)展更加簡(jiǎn)單靈活。采用IIC通信協(xié)議能夠?yàn)樵撔⌒蜏囟炔杉到y(tǒng)提供很好的支撐。

系統(tǒng)硬件采用51單片機(jī)作為控制核心，單片機(jī)的P2.0、P2.1口與IIC總線器件相對(duì)應(yīng)的SDA和SCL相連。單片機(jī)具有外圍晶振電路、復(fù)位電路和按鍵電路，該按鍵既可作為外部中斷又可作為普通的按鍵。溫度采集部分由LM75A芯片[2]將前段溫度采集的數(shù)據(jù)通過(guò)IIC總線送給單片機(jī)進(jìn)行處理和顯示。顯示部分?jǐn)?shù)碼管的位驅(qū)動(dòng)由大功率三極管9012承擔(dān)，三位數(shù)碼管位選由單片機(jī)P2.2～P2.4控制三極管9012的導(dǎo)通與截止來(lái)完成，數(shù)碼管段選由IIC總線擴(kuò)展I/O口的PCF8574[3-4]來(lái)控制。

電源部分采用DC9～12V供電，選用LM7805，使用容量大耐壓高的電容作為前段的濾波器件以防止輸出電源不穩(wěn)定，在LM7805后端，采用兩個(gè)電容實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和濾波。選用發(fā)光二極管作為電源指示信號(hào)，并串聯(lián)一個(gè)限流分壓電阻。

2 軟件設(shè)計(jì)

硬件部分完成后，溫度采集系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵是軟件的設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)主要包括下面三部分：IIC總線通信、溫度采集和按鍵程序。

2.1 IIC總線通信

系統(tǒng)芯片間通信采用IIC協(xié)議，總線分為串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL兩條線路，并且只有在總線空閑時(shí)才允許期待數(shù)據(jù)傳輸，具體程序如下：

2.2 溫度采集

溫度采集采用LM75A芯片，LM75A芯片是一個(gè)使用內(nèi)置帶隙溫度傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的溫度-數(shù)字轉(zhuǎn)換器[5]，也是一個(gè)溫度檢測(cè)器，可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱檢測(cè)輸出。該溫度傳感器測(cè)量精度高，可達(dá)0.125℃，也可用作具有預(yù)定義溫度設(shè)定點(diǎn)的獨(dú)立溫度控制器。結(jié)合芯片引腳特點(diǎn)，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)高低八位數(shù)據(jù)的輪流采集，具體程序如下：

2.3 按鍵

按鍵接單片機(jī)外部中斷INT0、INT1引腳，IO設(shè)備的中斷請(qǐng)求、系統(tǒng)故障的中斷請(qǐng)求等都可以作為外部中斷源，從引腳INT0或INT1輸入。外部中斷請(qǐng)求INT0、INT1有電平觸發(fā)和跳沿觸發(fā)[6]兩種觸發(fā)方式，由TCON的IT0位及IT1位選擇，按鍵部分具體程序如下：

3 溫度采集精度測(cè)試

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，采用實(shí)驗(yàn)板焊接溫度采集硬件電路，用KeiluVision3編程，然后把調(diào)試通過(guò)程序生成的.hex文件燒寫(xiě)到單片機(jī)中。

用溫度采集實(shí)驗(yàn)電路和韓泰品牌的JT.1-112型溫度計(jì)采集不同環(huán)境下的溫度作對(duì)比，如表1所示，采集數(shù)據(jù)的相對(duì)測(cè)量精度都在0.2%以下，測(cè)量精度較高。

表1 不同環(huán)境下溫度采集數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

我們?cè)O(shè)計(jì)的基于IIC協(xié)議小型溫度采集系統(tǒng)與傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng)相比，具有測(cè)量精度高、實(shí)用性強(qiáng)、成本低（至少降低一半以上）等優(yōu)點(diǎn)，具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]鄭明惠.溫室環(huán)境數(shù)字化監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)計(jì)與研制[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010：12.

[2]周長(zhǎng)吉.現(xiàn)代溫室工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]譚靜芳,姜春玲.溫室環(huán)境智能測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2010.

[4]徐智如，王磊.基于單片機(jī)的溫室智能測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2006：25-27.

[5]徐瑋.C51單片機(jī)高效入門(mén)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[6]楊慧,于宏波,王平.LM75A數(shù)字溫度傳感器的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2007：8-10.