常國銳

摘要：以PIC單片機為核心控制DS18B20溫度傳感器等外圍電路模塊實現(xiàn)了對多路溫度的實時監(jiān)測。論述了系統(tǒng)設計思路和軟件設計流程。系統(tǒng)具有溫度監(jiān)測、自動撥號、語音報警功能，有較強的實用價值。

關鍵詞：單片機；溫度監(jiān)測；自動撥號；語音報警

中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1672-3198(2009)06-0272-02

1系統(tǒng)硬件電路的設計

1.1系統(tǒng)的功能框圖

系統(tǒng)的主要組成部分包括：溫度傳感器DS18B20、PIC16F877單片機、可編程鍵盤/顯示器接口芯片8279、OCM4X8C液晶顯示器、MODEM、ISD2560語音芯片和信號音檢測模塊CR6230，系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。

系統(tǒng)選用美國Microchip公司生產的價格低廉、性能優(yōu)良的PIC16F877單片機作為控制主體，充分利用其提供的軟硬件資源，可使控制系統(tǒng)硬件電路設計相對簡潔，提高系統(tǒng)的可靠性。但由于系統(tǒng)中的各種功能模塊較多，每個模塊都需要單片機給出一定數(shù)量的控制線、數(shù)據(jù)線等來完成相應的功能，而單片機的I/O資源有限，所以必須進行I/O擴展。這里是通過由單片機的3個I/O引腳(RC1-RC3)控制譯碼器74LS138從而給出8個選通信號，分別選通幾個74LS373和74LS245來實現(xiàn)對各模塊的控制與通信的。

此外，需要給單片機設計復位電路，這里采用RC復位電路，頻率約為4MHz。

1.2多路溫度采集

針對測量環(huán)境、精度和系統(tǒng)主機對監(jiān)測點傳輸距離的不同要求，以及考慮元件的成本，選擇美國DALLAS半導體公司最新推出的一種數(shù)字化單總線器件DS18B20。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法。一種是將DS18B20的UDD接外部電源，GND接地，其I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時DS18B20的UDD、GND接地，其I/O接單片機I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電，DS18B20的I/O口線要接5K見左右的上拉電阻。DS18B20有六條控制命令，如表1所示。

CPUCPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作和對數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。

1.3信息顯示

采用OCM4X8C液晶顯示模塊作為輸出顯示?？娠@示漢字及圖形，采用單片機8位并行連接方式，通過給定命令和顯示數(shù)據(jù)完成不同界面的顯示。當單片機通過譯碼器對連接液晶顯示模塊的雙向鎖存器74LS245使能，并且相關引腳通過單片機傳送適當?shù)碾娖綍r，給出一定的指令字。實現(xiàn)顯示的過程是：在傳送命令的狀態(tài)下先選擇指令集清屏，然后指定在資料寫入或讀取時游標的移動方向及顯示的移位，開顯示，設定顯示地址，然后進入傳送數(shù)據(jù)的狀態(tài)，根據(jù)要顯示的內容從中文字庫中找出相應的16進制代碼并將其依次傳給液晶顯示器(此時要注意每行顯示的字數(shù)限制)，之后單片機就可以對液晶顯示模塊進行讀寫操作。

1.4撥號設計

采用外置MODEM來實現(xiàn)撥號功能，單片機與MODEM之間采用串行通信，連接方式見圖2。將電話線接入MODEM后，單片機按照RS232通信標準與MODEM相連，這里是通過MAX232芯片來實現(xiàn)TTL電平與RS232電平的轉換，按照MODEM的工作波特率(9600bps)設置后，單片機串口發(fā)出相應AT命令可實現(xiàn)對MODEM的控制，同時MO-DEM在執(zhí)行該命令后會返回一定的信息。返回信息對于判斷MODEM是否正常工作以及電話是否撥通和被接聽都有重要的作用。

選用4選1模擬開關4052芯片完成單片機與MODEM串行通信外和傳感器模塊的MAX485串行通信的控制。當單片機端口C的RC3=1、RC2=0、RC1=1時，譯碼器74LS138的譯碼線Y5有效，使得74LS373有效，因而來自單片機的RD4位鎖存至4052的INH端，此時RD4的低電平來控制4052的選通。因4051的INH端通過反相器連接4052的INH端，所以不被同時選中。

為了實現(xiàn)MODEM與單片機的實時通信，將系統(tǒng)板上用于連接MODEM的D型插口的RST與CTS互聯(lián)，DTR與DSR互聯(lián)。

1.5語音控制模塊

該部分主要是通過單片機控制語音芯片ISD2560來實現(xiàn)多段語音存儲和播放。通過給定相應段地址和控制信號(錄放音P/R和使能控制CE)，ISD2560及其外圍電路即可實現(xiàn)對多段語音的存儲和播放。由于語音的存儲有600個地址，所以要用A0-A9共十位進行表示，對ISD2560輸入地址，首先單片機的端口D通過74LS373輸入A0-A7八位地址，然后再單獨輸入A8、A9兩個高位地址。錄音和放音是單片機通過RD7控制錄放音引腳P/R實現(xiàn)的。

1.6信號音檢測模塊

信號音檢測模塊CR6230用于實現(xiàn)準確識別各種電話信號音，包括撥號音、回鈴音、忙音和催掛音等功能。即：若得出某種結果后，相應的信號引腳則輸出有效TTL電平。

接聽的判斷過程是單片機控制MODEM撥號后，識別回鈴音信號是否有效，若無效則重撥或改撥號碼；回鈴音信號有效則等待，若其變?yōu)闊o效則判斷此時對方是否接聽，此后還要根據(jù)MODEM的返回值來進一步確定是否真被接聽。信號的識別需要一定的周期才可以保證可靠性和準確率，所以在檢測到信號音后要延時大約1s的時間，以保證準確的識別結果；同理，當信號消失后也應略有延時再清除。硬件設計是將電話線路經(jīng)通信變壓器CRE變換隔離后接入到CR6230的信號輸入端IN引腳。通信變壓器CRE3用于電話終端產品和中繼線產品的線路接口部分，技術指標符合郵電部入網(wǎng)標準。將CR6230的BS、RS、PS、SS引腳分別通過鎖存器74LS373與單片機的D3~D0連接，單片機通過讀取端口D的低四位就能獲得CR6230返回的當前信號狀態(tài)。另外，若單片機通過控制譯碼器的Y2引腳將CR6230的CS引腳設置為接收低電平時，BS、RS、PS、SS引腳也將被設置為低電平，這樣，其上的信號被清除以等待接收新的信號。

2系統(tǒng)的軟件設計流程圖

系統(tǒng)軟件設計的難點在于對DS18B20的控制(如圖3)。

3結語

設計以PIC單片機系統(tǒng)為核心，由單片機、溫度傳感器、RS-485串口通信和計算機組成，利用了DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器，能夠對多點的溫度進行實時巡檢。各檢測單元(從機)能獨立完成各自功能，同時能夠根據(jù)主控機的指令對溫度進行定時采集，測量結果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機串行口，通過RS-485總線及通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機，進行進一步的存檔、處理。主控機負責控制指令的發(fā)送，控制各個從機進行溫度采集，收集測量數(shù)據(jù)，并對測量結果(包括歷史數(shù)據(jù))進行整理、顯示和存儲。主控機與各從機之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定、工作精度高，經(jīng)測試，在-10℃~+70℃間測得誤差為0.25℃，80℃到105℃時誤差為0.5℃，當T>105℃誤差增大到1℃左右。實踐證明，該控制系統(tǒng)操作方便，維修簡單，運行穩(wěn)定、可靠。

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