温度矩阵的采集与显示

李娟娟

（吕梁学院 物理系，山西 吕梁 033000）

温度矩阵的采集与显示

李娟娟

（吕梁学院 物理系，山西 吕梁 033000）

温度是重要的物理参量，对人体温度、环境温度、粮仓温度、储油罐温度等都需要进行非常准确的测量和精密的控制。该文介绍了单片机STC89C52为核心，使用DS18B20温度传感器的四路温度采集与显示系统的工作原理和设计方法。

温度传感器；温度矩阵；单片机

0 引言

目前，国际上新型的温度传感器正从集成化向智能化、从感应模拟信号向感应数字信号的方向发展；在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，分布式温度集成测量系统较少。

本设计是实现四路温度的采集与2*2温度矩阵显示，实现分布式集成温度测量。设计了硬件电路以及软件流程，实现CPU通过串行总线协议从四个温度节点读取温度信息，51单片机对温度数据进行处理，然后以2*2温度矩阵形式在LCD液晶屏上显示，如果任一路或多路温度超过设定值则蜂鸣报警。

1 温度矩阵采集系统的设计方案

1.1 系统硬件设计

本系统的主要硬件电路包括：温度采集电路，时钟电路，数码管显示电路，报警电路。系统结构框图如图1所示，主要由温度传感器、单片机微控制器、LCD显示、按键装置、报警装置五部分组成。

图1 系统结构框图

STC89C52RC单片机是CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器，而且具备低功耗、高性能的优势。

温度传感器DS18B20属于数字传感器，在硬件方面使用集成芯片、软件方面采用单总线技术，能够最大限度地减小外界干扰，提高测量精度。单片机首先读取传感器的唯一序列号，再读取该传感器的温度。

单片机STC89C52的两个XTAL接口接外部振荡电路即时钟电路，外部时钟电路由两个电容和一个晶振组成，为单片机提供振荡频率，振荡电路如下图2-1所示。当感应温度高于设定值时，蜂鸣器鸣响，设定值可调整，报警电路连接如图2-2所示。通过按键装置可以自行调节温度设定值，下图2-3是按键模块电路图。

图2-1 振荡电路

图2-2 蜂鸣报警电路

图2-3 按键模块电路

1.2 系统软件设计

主控模块选用STC89C52RC系列单片机，与温度传感器连接发送匹配ROM命令，匹配ROM值，然后读取各传感器采集到的温度信息，设置各温度传感器读取到的温度值在LCD上的显示位置，再向LCD显示器发送各传感器的序列号及温度值。与按键模块以及报警模块连接，通过按键可调节温度的限定值，当检测到的某一路或几路温度超过该限定值，报警模块发出警报。多路温度采集系统的主程 序流程图如图3所示：

图3 主程序流程图

主程序读取传感器温度的部分代码如下：

void main（void） ｛……

temp=read_temp（1）； //读取第1个传感器的温度

write_com（0x83）； //设置显示位置

dispTemp（temp）； //显示

第1个传感器的温度

……｝

DS18B20的单总线访问协议的步骤如下所示：

（1）单片机通过程序对DS18B20进行复位初始化，首先在单总线上发出持续的低电平复位脉冲，然后释放单总线至少等待480μs并接收采样，DS18B20发出低电平存在脉冲。

（2）单片机向DS18B20写ROM操作指令，如果检测到总线上存在存属期间，单片机便可发送ROM操作命令。

（3）单片机向DS18B20写RAM操作指令启动温度转换，获取供电方式。

（4）单片机与DS18B20进行数据传输。若温度有变化，则单片机向DS18B20发送读温度命令，DS18B20以16位二进制补码形式发送到数据总线。

读取温度传感器的部分代码如下：

#include ＜DS18B20.H＞……

uint read_temp（uchar z）/*读取温度值并转换*/｛……

Init_DS18B20（）；

b20_Matchrom（z）； //匹配ROM

WriteOneChar（0x44）； //启动温度转换

Delay_DS18B20（20）； ……

WriteOneChar（0xBE）； //读取温度寄存器

……｝

2 温度矩阵采集系统的仿真

用proteus软件进行仿真，将程序通过Keil软件烧写进STC89C51单片机，通过按键来控制测量温度的上限。温度传感器将所测的温度信息直接转化成数字信号反馈给单片机，单片机做出相应的判断。仿真结果如图4所示。

设定温度的报警阈值为28℃，调整四路温度传感器的温度，观察到LCD显示屏上温度矩阵的显示且听到温度采集仪发出警报。

3 总结

本设计完成了以STC89C52单片机为核心、以DS18B20为温度传感器的四路温度矩阵显示及报警系统的设计及仿真，创新点在于四路温度在LCD上的矩阵显示。

［1］王 哲，基于单片机的温度控制系统设计［J］.机械研究与应用，2010（4）.

［2］王运志，郭水旺.单总线数字式恒温控制装置的设计［J］.天中学刊，2008，10（5）.

［3］侯学峰，温度测量系统设计［J］.吉林省教育学院学报（学科版），2008（1）.

图4 仿真电路

项目类型：吕梁学院校内青年基金，项目编号：ZRQN201516，项目名称：分布式温度传感器集成测量系统的研究。

李娟娟（1987— ），女，山西吕梁人，硕士研究生，助教；研究方向：微纳传感器及集成测量系统。