基于51單片機的多路溫度采集控制系統設計

李圣信 于禎哉 張 博

（沈陽理工大學 遼寧沈陽 110159）

基于51單片機的多路溫度采集控制系統設計

李圣信 于禎哉 張 博

（沈陽理工大學 遼寧沈陽 110159）

溫度是工業對象中主要的被控參數之一，在各個種類的企業中應用廣泛的各種加熱設備、反應爐設備等都需要嚴格的控制溫度。本系統采用單片機控制，可以實現多路溫度信號采集與顯示，可以使用按鍵來設置溫度限定值通過進行溫度數據的運算處理，發出控制信號。

單片機；多路溫度采集;控制

0 前言

測量控制的作用是從生產現場中獲取各種參數，運用科學方法，綜合各種先進的技術，是生產的每個環節都能夠得到有效的控制，不但保證了生產的規范化、提高產品質量，降低成本，還確保了生產安全。所以，測量控制技術已經被廣泛應用于煉油、化工、冶金、電力、輕工和紡織等行業。溫度作為工業控制的重要參數之一，在各類的企業中應用廣泛，各種加熱設備、反應爐設備等都需要嚴格的控制溫度。在工業生產控制中，必須要對溫度進行嚴格的監控，這樣產品的質量才能夠得到充分的保證0。為此，我們設計了采用AT89S51單片機控制的多路溫度采集控制系統錯誤！未找到引用源。。采取單片機作為核心，通過溫度傳感器對溫度信息進行采集0。所以基于單片機的多路溫度采集系統被廣泛應用于很多工業過程控制中，使產品既提高了產品的功能和質量，又降低了成本，簡化了設計。采用單片機設計的多路溫度采集系統，可進行溫度檢測、采集及顯示，對于提高生產效率，節約能源、資源都有非常重要的作用。

1 系統設計

在溫度采集系統中我們常常用到集成型溫度傳感器，集成型溫度傳感器可以達到較高的精度，在集成型溫度傳感器的使用過程中，由于采用的單總線傳輸方式進行對遠距離的多點溫度進行檢測，所以在程序的控制上比較復雜。所以，在溫度測量系統中，采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器，新型數字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網等優點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。系統通過溫度傳感器獲取溫度信息，通過運算得到溫度顯示在LED顯示屏上，并與設定值進行比較，選擇是否進行報警響應。系統的設計框圖如下圖1所示。

圖1 系統總體框圖

2 硬件設計

本設計中以DS18B20為傳感器、AT89S52單片機為控制核心組成的多點溫度測試系統。用4只DS18B20同時測控4路溫度（視實際需要還可擴展通道數）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數，所以在一條總線上可掛接多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20提供9位溫度讀數，構成多點溫度檢測系統而無需任何外圍硬件。處理時，將DS18B20信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS18B20，從而實現多點溫度檢測系統。由于DS18B20只有三個引腳，其中兩根是電源線VDD和GND，另外一根用作總線DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸入均是數字信號且與TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉換環節。

基于DS18B20的多點溫度采集，共模擬了4點溫度，具有各點溫度采集功能，通過按鍵設置也可以監控某一通道的溫度,還設置報警溫度，具有越限報警功能。SW1～SW4通道0～通道3報警， XUNJIAN為巡檢鍵,關閉進入巡檢模式。在本系統中，由于該溫度計還要進行信息的實時顯示，所以設計了LED顯示電路。LED顯示器采用8段發光二極管。共陽極LED顯示器的發光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓。該電路由晶體管（NPN）、顯示器（共陽極LED）和電阻構成。

在單片機采集溫度發生低于或超出所設定的溫度時，單片機系統能相應發出提醒。本次設計采用蜂鳴器。蜂鳴器可用AT89S52的I/O口線通過設置PNP的飽和截止驅動蜂鳴器發聲,當I/O口線發出具有一定的低電平信號,即可使蜂鳴器報警。

3 軟件設計

軟件設計是整個溫度采集系統的關鍵，即簡潔的硬件結構是靠復雜的軟件來支持的。多個器件掛在一條總線上為了識別不同的器件，在程序設計過程中一般有四個步驟：初始化命令；傳送ROM命令；傳送RAM命令；數據交換命令。由于已經在上面獲取了多個 DS18B20的 ROM代碼并在 AT89S52單片機內部的E2PROM中建立了測量位置點和傳感器64位ROM代碼之間的關系表。軟件系統框圖如下圖2所示。設計方法如下：

(1) 采用模塊程序設計。

(2) 采用自頂向下的程序設計。

(3) 外部設備和外部事件盡量采用中斷方式與CPU聯絡,這樣既便于系統模塊化,也可提高程序效率。

(4) 近幾年推出的單片機開發系統,有些是支持高級語言的,如C51與PL/M96的編程和在線跟蹤調試。

(5) 系統的軟件設計應充分考慮到軟件抗干擾措施。

系統經過初始化，進入多通道顯示，然后掃描鍵盤，判斷是否有按鍵按下，然后進行按鍵所控制的通道的溫度采集。所采集的溫度與設定的溫度相比較，越限可以報警。

由于DS18B20需要初始化才能使用，因此，首先必須對系統進行初始化并且要關閉所有中斷，DS18B20把轉換到的溫度讀出，然后放到累加器A中，把之前設置的溫度報警的上限值轉換成DS18B20的輸出值，這樣然后再與報警上限的溫度值進行比較，如果檢測的結果是溫度沒有超限，那么系統繼續進行檢測。

圖2 軟件系統框圖

4 結語

系統設計通過單片機控制數字化溫度傳感器DS18B20來采集溫度信號，可實現多路測溫；并能夠進行溫度設定，進行有效地控制溫度的過高或者過低，結構清晰，操作簡單。因為傳感器的級聯功能，可以在單總線上掛靠多個器件，而不必占用多個I/O口，因此使得系統更加簡捷。

[1]鄧海濤,謝莉.基于單片機的多路溫度采集系統設計[J].湖南人文科技學院學報,2014,05:124-129.

[2]楊麗君.AT89C51單片機控制的多路溫度檢測系統[J].自動化與儀表,2000,03:68-70.

[3]陳志紅,張甄,陳志勇.基于 51單片機溫度采集系統的設計與實現[J].硅谷,2010,21:90.

G322

B

1007-6344（2016）10-0190-01

李圣信（1994.03--）男，遼寧省丹東市人，本科學歷，專業：測控技術與儀器。

于禎哉（1994.11--）男，甘肅省敦煌市，本科學歷，專業：通信工程。

張博(1995.04--) 男，陜西漢中人，本科學歷，專業：物流管理。