公路溫度采集存儲器

曹金曉 桑運曉 劉同壯

摘 要：介紹了一種單片機控制的公路溫度采集存儲器，它包括溫度采集、數據保存和顯示三個部分。單片機通過溫度傳感器獲取每個觀測點的溫度，進而將溫度數據存儲到存儲器內。系統失電后存儲器內的數據不能丟失，工作人員能夠通過顯示模塊或串口通信模塊獲取溫度數據。

關鍵詞：溫度存儲；AT89C52；傳感器；功耗

隨著公路運輸事業的蓬勃發展，交通運輸朝著高速化、重型化的趨勢發展。公路是交通運輸的載體，隨著貨車載重重量的增加，將導致公路路面的加速破壞。長期以來，路面瀝青層厚度變薄，從而削弱路面的承載能力，大大影響了公路的結構性和使用性，容易造成意外事故的發生。經相關研究人員分析得知，溫度是破壞路面質量的首要因素，溫度變化容易引起路面的變形，因此要想減小溫度對瀝青路面的影響，需要對公路路基的溫度做詳細的分析。我們可以將溫度傳感器放置在公路路基的不同深度，以獲取不同深度的溫度，然后對獲取的溫度值進行分析，尋找路面溫度場以及公路路基的變化規律。

公路溫度采集存儲器是觀測高速公路路面和路基溫度的一種設備，在設計修筑高速公路之前和對高速的養護期間，可以有效記錄所在觀測點的溫度變化情況，為高速公路的修建和養護提供科學的決策依據。本設備具有體積小、功耗少、精度高等優點。

1 系統整體結構

圖1為溫度采集系統的結構圖，該系統包括單片機系統及外圍電路、電源模塊、鍵盤輸入模塊、串口通信模塊、溫度采集模塊、數據保存模塊、液晶顯示模塊、時鐘模塊和繼電器模塊。

其中，電源模塊包括鋰電池和電源轉換電路，將鋰電池電壓轉換為單片機及其他外圍電路所需的電壓等級。電源采用7.2V、7500毫安時的聚合鋰電池，通過對系統功耗的控制，可以做到兩個月內系統消耗鋰電池的電量小于30%。

2 系統硬件設計

單片機系統：本系統的核心芯片是AT89C52單片機。該器件采用Atmel公司高密度、非易失性存儲技術生產，是一種低功耗、高性能CMOS 8位微處理器。它內部有2個全雙工串行口，3個16位可編程計數/定時器，32個雙向輸入輸出口，8k byte的ROM和256位的RAM，程序調試簡單方便。

溫度采集模塊：本系統溫度的獲取采用數字溫度傳感器DS18B20。該芯片是一種具有單總線接口的數字溫度傳感器，它與單片機連接簡單、抗干擾能力強、功耗低 、體積小。其硬件原理圖如圖2所示。DQ端引腳與單片機的P1.4口相連并接上4.7k的上拉電阻。

數據保存模塊：本系統的數據保存模塊采用IIC總線的AT24C系列EEPROM作為數據保存的芯片。負責保存溫度采集模塊一個月來采集到的數據，并且數據可以被單片機讀出用于顯示，其硬件連接如圖2所示。其中數據線sda、時鐘線sclk分別于單片機的P1.0和P1.1口相連接。

時鐘模塊：本系統的時鐘模塊用于給系統準確計時，并在特定的時間喚醒單片機來采集溫度數據。實時時鐘芯片用的是DS12C887，它的內部通過計數來獲取時間信息，時間信息可以具體到年月日、時分秒和星期。時鐘模塊電路圖如圖2所示，DS12C887的MOD腳接低電平，該芯片的AD0至AD7端與單片機的P0口相接，IRQ端與單片機的INT0腳相接，時鐘芯片在特定時間產生中斷，喚醒休眠的單片機。

液晶顯示模塊：本系統采用LCD1602液晶顯示屏來顯示溫度數據，它只能顯示符號、字母、數字，是一種字符型液晶。LCD1602顯示屏共有16個引腳，其中D0至D7為雙向數據傳輸端口，第5引腳R/W控制腳決定數據傳輸的方向，E為使能信號，RS為命令/數據選擇引腳。顯示屏的電路圖如圖4所示，它的D0至D7端口與單片機的P0口相連。

繼電器模塊：繼電器模塊連接單片外圍芯片和電源之間，，當單片機處于休眠狀態時，繼電器斷開外圍器件的電源端，可有效降低系統功耗；當系統需要獲取溫度信息時，單片機會發出相關信號使繼電器吸合，進而外圍器件得以正常運轉。

3 軟件設計流程

圖5描述了本系統的工作流程。單片機在初始化后，系統就進入了休眠狀態，單片機首次上電后繼電器線圈仍然處于失電狀態，外圍器件電源端引腳沒有與系統電源連接，此時電源只給時鐘芯片和單片機供電。

如果工作人員按下與單片機外部中斷1引腳相連接的按鍵，單片機即被中斷信號喚醒，繼電器外圍器件得電，以使外圍器件都與系統電源連接，并讓器件做出相應響應。

工作人員處理完數據后單片機重新進入休眠狀態。在每天定時采集溫度的時間到來時，時鐘芯片產生中斷信號，單片機通過外部中斷0被喚醒，繼電器線圈得電，以使系統電源給外圍器件供電，然后采集溫度數據，并將數據保存到EEPROM中。

4 結語

本文利用單片機設計了公路溫度采集存儲系統，介紹了硬件和軟件的具體設計方法。

由于本系統用在野外無人值守的場合，所以對功耗要求比較嚴格，本系統采用各種辦法來減少功耗。DS18B20的上拉電阻選擇是本系統著重關注的問題，由于導線很長，所以需要通過實驗選出最佳上拉電阻值。

參考文獻：

[1] 胡漢才.單片機原理與接口技術[M].清華大學出版社，1996.

[2] 譚永宏.單片機原理與開發技術[M].國防科技大學出版社，2011.

[3] 郭天祥.新概念51單片機才C語言教程—入門、提高、開發、擴展全攻略[M].電子工業出版社，2010.

[4] 錢顯毅.電子電路設計[N].科技時報，2009.