智能温度巡检仪的研制

曹红艳

阿城继电器股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150302

在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系。温度检测类仪表作为温度计量工具，也因此得到广泛应用。随着生产力的发展，生产规模的扩大和对生产管理的自动化水平的要求越来越高，在很多场合，诸如啤酒、饮料、食品、白酒发酵生产线，中频热处理行业的水路温度保护，提升机、通讯机、发电厂等轴温记录，变电所各电节点的温度检测，农业大棚、鸡舍等，不仅要求温度巡检仪能自动巡检，而且要求更加智能化，以达到无人看守，温度自动巡检的目的，因此，研制智能温度巡检仪前景广阔。

1 系统原理

该智能温度巡检仪由AT89S52单片机进行控制，以实现对不同测温点的温度采集、显示、超限报警功能。同时此巡检仪通过键盘设定实现了温度的定点跟踪/自动巡检、温度报警上下限值的设定和精度的选择；除此之外，还增加了串口通信功能，以便智能温度巡检仪能够与单片机进行通信。采用增强型单总线数字温度传感器DS18B20来构架温度采集系统，实现多点温度检测。温度显示、报警电路：用74LS373来驱动LED数码管进行测试点的温度静态显示；当系统测得温度超过设定的温度值范围时，报警系统开始工作。用算法软件编程的方法来自动修正测量误差以提高测量精度；通过选择精度，以适合不同环境。通过进入键和退出键实现手动跟踪和自动巡检。系统以AT89S52为核心，利用4个DS18B20通过单总线与单片机连接构成温度采集部分；智能温度巡检仪的人机界面由5个高亮LED和一个5个按键的键盘，外加指示灯组成。同时系统拥有温度上下限报警电路，看门狗电路及时钟电路，系统还设计了一个RS232通信模块，能将实时测量数据提供给任何支持RS232通信的设备。

2 系统的硬件构成

2.1 温度采集电路设计

本部分采用将DS18B20的I/O数据线与AT89S52单片机的P1.6口线相连，用4只DS18B20同时测量4路温度。DS18B20 只有3个引脚，其中两根是电源线和GND，另外一根用作总线DQ与微处理器直接进行接口。

2.2 温度显示电路设计

温度显示电路采用静态显示方式，设计亮度高，适合工作人员在3m内清晰查看。5个74HC573分别与5个数码管连接，5个74HC573的LE锁存使能输入端分别与AT89S52的I/O口P2.3-P2.7连接，三态输出使能输入端全部接地。

2.3 温度报警电路的设计

系统设置了上下限温度值报警系统，如果测量的温度超过系统设置的温度值的范围，则报警系统开始发出提示，为了双重保险，我们在电路中进行发光和蜂鸣报警，这样可以通过视觉和听觉两种方式发现系统报警。

2.4 键盘电路的设计

由于键盘直接接到单片机I/O口，小按键抖动极大，必须做硬件上的消抖处理，一般在设计的时候都使用4*4键盘，在这里使用5个按键，节省了硬件开销。5个按键分别是“进入”、“确定”、“△”、“▽”和“返回”。5个按键分别接入P3.2、P1.0-P1.3I/O口。有键按下时，输入口被置为高电平（TTL），无按键事件发生时，输入口为低电平（TTL）。1.0μF电容用于键盘消抖。绿、黄两个指示灯分别指示温度源的状态：自动、手动。高电平有效（TTL），分别接入单片机P1.4、P1.5I/O口。

3 系统的软件设计

软件设计采用C语言编程，运用模块化程序设计思想，对不同功能模块的程序进行分别编程，以便移植或调用，这样使软件层次结构清晰，有利于软件的调试与修改。本设计借鉴操作系统的思想，设计了一个基于交互式菜单的软件框架，尽管系统没有商用操作系统的高效实时机制和安全性能，但这个框架代码精简，运行稳定，成功地将软件分为若干个“前后台”子系统模块。并借鉴了可视化操作的思想，菜单选择执行使得交互界面更加友好，进一步提高了仪表的性能。软件模块基本分为：主程序菜单系统模块、系统初始化模块、温度采集模块、温度显示模块、温度报警模块、键盘设置模块、串口通信模块。

4 结论

本系统基于DS18B20测温原理，以AT89S52为控制核心，利用4个数字式集成温度传感器DS18B20通过单总线与单片机连接构成温度采集电路，同时系统具有温度上下限报警电路，看门狗电路及时钟电路。系统温度采集测量实用性强，能够很好地巡回采集多路温度信号，结构较为简单，成本低，外接元件少。在实际应用中工作性能稳定，测量温度准确。系统在硬件设计上充分考虑到了可扩展性，经过一定的添加或改造，很容易增加功能，如在总线上多挂接几个DS18B20可实现更多点的温度巡检。适用范围广泛，可以单独使用作为监测仪，应用于农业温室大棚监测植物生长的环境变化，工业厂房测量各部分的工作温度等等。也可以作为智能检测系统的一部分，与其它设备协同工作。

[1]高云红.数字温度传感器在多点温度测量系统中的应用[J].2006,23(2):61-63.

[2]张洪润,杨指南,陈炳周,等.智能技术-系统设计与开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007:358-360.

[3]Giuseppe Ferri·Vincenzo Stornelli.A high precision temperature control system for CMOS integrated wide range resistive gas sensors[J].Analog Integr Circ Sig Process,2006,47:293-301.