基于IIC协议小型温度采集系统的设计

顾 涵，潘启勇，庞 盼

常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500

温度是人们日常生活中最常接触的物理量，人们的生活与周围环境的温度息息相关。在传统温度采集技术中，最普遍使用的是传感器，但随着传感器的增多，会增加大量的数据电缆，不仅会增加设计成本，还会给系统的调试和维护增大难度。因此，我们提出的小型温度采集系统越来越显示出它的优势。本文所设计的温度采集系统基于IIC协议[1]进行通信，可大幅度降低设计成本。

1 IIC总线和硬件设计

IIC总线产生于80年代，是目前最常用的短距离芯片间的通讯方式之一，最初用于音频和视频设备开发，如今主要应用于单个组件状态的通信。IIC总线用两根线实现了双全工同步数据传送，可以方便地构成多机外围器件扩展系统。寻址采用器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全避免了器件的片选寻址，从而使硬件系统的扩展更加简单灵活。采用IIC通信协议能够为该小型温度采集系统提供很好的支撑。

系统硬件采用51单片机作为控制核心，单片机的P2.0、P2.1口与IIC总线器件相对应的SDA和SCL相连。单片机具有外围晶振电路、复位电路和按键电路，该按键既可作为外部中断又可作为普通的按键。温度采集部分由LM75A芯片[2]将前段温度采集的数据通过IIC总线送给单片机进行处理和显示。显示部分数码管的位驱动由大功率三极管9012承担，三位数码管位选由单片机P2.2～P2.4控制三极管9012的导通与截止来完成，数码管段选由IIC总线扩展I/O口的PCF8574[3-4]来控制。

电源部分采用DC9～12V供电，选用LM7805，使用容量大耐压高的电容作为前段的滤波器件以防止输出电源不稳定，在LM7805后端，采用两个电容实现稳压和滤波。选用发光二极管作为电源指示信号，并串联一个限流分压电阻。

2 软件设计

硬件部分完成后，温度采集系统的功能实现关键是软件的设计，程序设计主要包括下面三部分：IIC总线通信、温度采集和按键程序。

2.1 IIC总线通信

系统芯片间通信采用IIC协议，总线分为串行数据线SDA和串行时钟线SCL两条线路，并且只有在总线空闲时才允许期待数据传输，具体程序如下：

2.2 温度采集

温度采集采用LM75A芯片，LM75A芯片是一个使用内置带隙温度传感器和模数转换技术的温度-数字转换器[5]，也是一个温度检测器，可实现过热检测输出。该温度传感器测量精度高，可达0.125℃，也可用作具有预定义温度设定点的独立温度控制器。结合芯片引脚特点，软件设计应实现高低八位数据的轮流采集，具体程序如下：

2.3 按键

按键接单片机外部中断INT0、INT1引脚，IO设备的中断请求、系统故障的中断请求等都可以作为外部中断源，从引脚INT0或INT1输入。外部中断请求INT0、INT1有电平触发和跳沿触发[6]两种触发方式，由TCON的IT0位及IT1位选择，按键部分具体程序如下：

3 温度采集精度测试

为验证设计效果，采用实验板焊接温度采集硬件电路，用KeiluVision3编程，然后把调试通过程序生成的.hex文件烧写到单片机中。

用温度采集实验电路和韩泰品牌的JT.1-112型温度计采集不同环境下的温度作对比，如表1所示，采集数据的相对测量精度都在0.2%以下，测量精度较高。

表1 不同环境下温度采集数据

4 结论

我们设计的基于IIC协议小型温度采集系统与传统技术设计的温度采集系统相比，具有测量精度高、实用性强、成本低（至少降低一半以上）等优点，具有潜在的实际应用价值。

[1]郑明惠.温室环境数字化监测仪表的设计与研制[J].计算机测量与控制，2010：12.

[2]周长吉.现代温室工程[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3]谭静芳,姜春玲.温室环境智能测控系统的设计[M].农业装备技术，2010.

[4]徐智如，王磊.基于单片机的温室智能测控系统的设计[J].传感器与微系统，2006：25-27.

[5]徐玮.C51单片机高效入门[M].北京：机械工业出版社，2011.

[6]杨慧,于宏波,王平.LM75A数字温度传感器的应用[J].机械管理开发，2007：8-10.