基于單片機(jī)柱體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 韓 劍 張泳勇 秦宇豪 房東東

基于單片機(jī)柱體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 韓 劍 張泳勇 秦宇豪 房東東

【摘要】該設(shè)計(jì)是一款簡(jiǎn)單實(shí)用的小型數(shù)字遠(yuǎn)程溫度計(jì)，該溫度計(jì)所采用的主要原件有單片機(jī)AT89S51、四位共陰極數(shù)碼管一個(gè)、DS18B20、發(fā)光二極管、長(zhǎng)距離導(dǎo)線(xiàn)、電容電阻若干。本次數(shù)字溫度計(jì)共分為七個(gè)部分：主控制器、時(shí)鐘電路、傳感器部分、顯示部分、復(fù)位部分。主控制器即單片機(jī)部分，用于儲(chǔ)存程序和控制電路；顯示部分是指四位共陽(yáng)極數(shù)碼管，用來(lái)顯示溫度；傳感器部分，用來(lái)收集溫度并進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；復(fù)位部分，即復(fù)位電路；該設(shè)計(jì)所測(cè)的溫度精度可達(dá)小數(shù)點(diǎn)后一位，測(cè)量范圍為0-40℃，當(dāng)溫度升高或則下降時(shí)，發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)的刻度也隨著升高或者降低。

【關(guān)鍵詞】AT89S51；溫度計(jì)；DS18B20；發(fā)光二極管

引言

傳統(tǒng)的水銀或酒精溫度計(jì)是利用水銀或酒精的受熱膨脹，通過(guò)汞柱或紅色酒精柱的升降，直觀(guān)地顯示溫度的升降。但對(duì)于讀數(shù)又極不方便。對(duì)于純數(shù)字的溫度計(jì)讀數(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單但對(duì)于溫度的升降并不直觀(guān)，此作品既能滿(mǎn)足直接讀數(shù)的簡(jiǎn)單需要又能很美觀(guān)的呈現(xiàn)溫度的升降變化。

傳統(tǒng)的溫度計(jì)有反應(yīng)速度慢、讀數(shù)麻煩、測(cè)量精度不高、誤差大等缺點(diǎn)。而下面利用集成溫度傳感器DS18B20設(shè)計(jì)并制作了一款基于AT89S52的便攜式柱體數(shù)字溫度計(jì)，其電路簡(jiǎn)單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝向高精度，多功能，總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，高可靠性及安全性，開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器，研究單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。目前，國(guó)外已近相繼推出多種高精度，高分辨能力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位的A/D轉(zhuǎn)換器，分辨能力一般可達(dá)0.5～0.0625℃。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨率力智能溫度轉(zhuǎn)換器能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨率高達(dá)0.03125℃，測(cè)量溫度精確度±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道為例，它對(duì)本地傳感器，每一條遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27us、9us。還有一個(gè)是智能溫度控制器，其在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。典型的產(chǎn)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76。智能溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫度控制系統(tǒng)：他們可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫度儀。

目前，智能化溫度傳感器的總線(xiàn)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線(xiàn)主要有單線(xiàn)（1-Wire）總線(xiàn)、I2C總線(xiàn)、SMBus總線(xiàn)和spI總線(xiàn)。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)的專(zhuān)用總線(xiàn)接口與主機(jī)進(jìn)行通信。

DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提供9-12位攝氏溫度測(cè)量而且有一個(gè)由高低電平觸發(fā)的可編程的不因電源消失而改變的報(bào)警功能。DS18B20通過(guò)一個(gè)單線(xiàn)接口發(fā)送或接受信息，因此在中央處理器和DS18B20之間僅需一條連接線(xiàn)（加上地線(xiàn)）。它的測(cè)溫范圍為-55～+125℃，并且在-10～+85℃精度為±5℃。除此之外，DS18B20能直接從單線(xiàn)通訊線(xiàn)上汲取能量，除去了對(duì)外部電源的需求，其引腳圖如圖1所示。

圖1 引腳資料

每個(gè)DS18B20都有一個(gè)獨(dú)特的64位序列號(hào)，從而允許多只DS18B20同時(shí)連在一根單線(xiàn)總線(xiàn)上；因此，很簡(jiǎn)單就可以用一個(gè)微控制器去控制很多覆蓋在一大片區(qū)域的DS18B20。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測(cè)建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制等方面非常有用。

DS18B20的核心功能是它的直接讀數(shù)字的溫度傳感器。溫度傳感器的精度為用戶(hù)可編程的9，10，11或12位，分別以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量遞增。在上電狀態(tài)下默認(rèn)的精度為12位。DS18B20啟動(dòng)后保持低功耗等待狀態(tài)；當(dāng)需要執(zhí)行溫度測(cè)量和AD轉(zhuǎn)換時(shí)，總線(xiàn)控制器必須發(fā)出［44h］命令。在那之后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以?xún)蓚€(gè)字節(jié)的形式被存儲(chǔ)到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當(dāng)DS18B20由外部電源供電時(shí)，總線(xiàn)控制器在溫度轉(zhuǎn)換指令之后發(fā)起“讀時(shí)序”（見(jiàn)單總線(xiàn)系統(tǒng)節(jié)），DS18B20正在溫度轉(zhuǎn)換中返回0，轉(zhuǎn)換結(jié)束返回1。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進(jìn)入溫度轉(zhuǎn)換時(shí)總線(xiàn)被一個(gè)強(qiáng)上拉拉高，否則將不會(huì)由返回值。寄生電源的總線(xiàn)要求在DS18B20供電節(jié)詳細(xì)解釋。溫度存儲(chǔ)寄存器格式如圖2所示。

圖2 溫度存儲(chǔ)寄存器格式

柱體溫度計(jì)大體上是由測(cè)溫傳感器，供電系統(tǒng)，單片機(jī)，顯示模塊和刻度模塊組成。大體系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

先采用數(shù)字溫度測(cè)量傳感器DS18B20對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)到的數(shù)字信號(hào)輸后送給單片機(jī)處理。

經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制，LED燈帶點(diǎn)亮至相應(yīng)刻度的溫度值停止。其中在不同的溫度區(qū)間內(nèi)可選用不同顏色的燈帶，具體可分為寒冷溫度區(qū)間可用淡藍(lán)色，舒適溫度區(qū)間為淺綠色，炎熱溫度區(qū)間顏色為紅色。

柱型溫度可以通過(guò)兩個(gè)按鍵分別設(shè)置該溫度計(jì)上下量程的溫度極限，即LED燈帶上下量程可調(diào)。

除此，還可調(diào)節(jié)LDE燈帶的亮滅高低和液晶顯示器的測(cè)試與校準(zhǔn)，即設(shè)置有上下溫度調(diào)節(jié)測(cè)試按鍵。

柱型溫度計(jì)的上放設(shè)有三個(gè)可變換的LDE呼吸燈，其中兩個(gè)

LDE呼吸燈，在按鈕設(shè)置上下限后（可由當(dāng)?shù)睾浠蜓谉釡囟仍O(shè)置），當(dāng)溫度達(dá)到極限上下區(qū)間時(shí)LDE會(huì)分別點(diǎn)亮與蜂鳴器一同放出警示溫馨提示人們?cè)鰷p衣物；第三個(gè)LDE呼吸燈為當(dāng)在設(shè)定的溫度區(qū)時(shí)（可設(shè)為當(dāng)?shù)厥孢m溫度范圍）點(diǎn)亮。

此溫度計(jì)還設(shè)有有液晶顯示時(shí)間和溫度，便于溫度標(biāo)定及更好的顯示，更加方便與直觀(guān)。LED燈帶的點(diǎn)亮高度與溫度刻度值成一定的比例關(guān)系。

在外觀(guān)設(shè)計(jì)上大體上是數(shù)碼管加上LED燈管為主，LED平行并樹(shù)立兩排，一行LED代表一個(gè)刻度，數(shù)碼管作為實(shí)時(shí)溫度的顯示。外觀(guān)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 外觀(guān)設(shè)計(jì)

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代人們的生活水平不斷提高，對(duì)物品的要求大不同以前，足見(jiàn)淘汰水銀溫度計(jì)，慢慢轉(zhuǎn)向數(shù)字溫度計(jì)發(fā)展，傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)精確度不高易碎，此溫度計(jì)不僅能給人良好的溫度變化趨勢(shì)的感官，也能直接清楚明白的顯示實(shí)時(shí)溫度，具有很好的觀(guān)賞性和實(shí)用性。可適用作為景觀(guān)設(shè)計(jì)亦可用于家庭溫度計(jì)。此外其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低廉。改設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)溫度計(jì)的不精確不美觀(guān)難讀數(shù)的缺點(diǎn)，很時(shí)尚的結(jié)合了數(shù)字溫度計(jì)的特點(diǎn)，給人新穎和討喜的感覺(jué)。

參考文獻(xiàn)

［1］喻宗泉、李建民等編著.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

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［3］何立民.編著.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

基金項(xiàng)目：2014年廣西創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（2202）-大型室外柱體溫度計(jì)。

作者簡(jiǎn)介：

韓劍（1982-），男，江西玉山人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)榫軠y(cè)量與自動(dòng)控制、EDA技術(shù)。