基于单片机控制的温度的采集与测量

孙域镨 魏颖 沈阳工学院信息与控制学院

近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。本设计是基于单片机ATMAGE16设计的实时温度采集仪，通过本次设计，我成功的实现了利用单片机对温度的采集和测量。

1 温度测量电路的设计

温度测量采用DS18B20 数字式温度传感器。由DS18B20 构成的智能温度测量装置由三部分组成：DS18B20 温度传感器、ATMAGE16、显示模块。产品的主要技术指标：①测量范围：-55℃～+125℃，②测量精度：0.5℃，③反应时间≤500ms。为了达到更高的精度，则在对DSl8B20测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DSl8B20内部暂存寄存器的方法，将DSl8B20 的测温分辨率提高到0.01℃～0.1℃，其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器l的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值。这样，就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。温度测量电路如图1所示。

图1 温度测量电路

温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带符号的数字信号（以十六位补码形式，占两个字节），传感器可置于离装置150米以内的任何地方，输出脚I/O直接与单片机的P1.1 相连，R1为上拉电阻，传感器采用外部电源供电。ATMAGE16 是整个装置的控制核心，ATMAGE16内带1K字节的FlashROM,用户程序存放在这里。显示器模块由四位一体的共阳数码管和4个9012组成。系统程序分传感器控制程序和显示器程序两部分，传感器控制程序是按照DS18B20的通信协议编制。系统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。

2 分布式温度采集系统设计

数字式传感器一般采用单总线技术(1-WIREBUS），即在单片机或计算机接口中只用一根导线（输入/ 输出信号线），美国Dallas公司最新推出的1-WireBus数字式温度传感器DS18B20，与传统的温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms 和750ms内将温度值转化为9 位和12位的数字量，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；为实现与PC机串口长距离数据通信，系统采用了RS232 串行接口，通信距离可以达到15m，如果采用RS422或RS485串行接口可以达到1000m。串口通信由PC机与单片机的通信和单片机多机通信组成，每个从机负责温度的测量然后通过多机通信把温度数据发送到主单片机上，最后PC机通过VB程序控制串口把主单片机上的所有温度数据收集起来。系统框图如图2所示。

图2 系统框图

3 结束语

在传统的温度测量系统中，往往采用模拟的温度传感器进行设计，必须经过A/D转换后才可以被微处理器识别和处理。这样的设计方法不仅对前端模拟信号处理电路提出了更高的要求，而且不具有数字通信和网络功能。本设计文结合DSl8B20的新特性和现代温度测量系统提出的新要求，提出了基于智能数字温度传感器DSl8820的高精度、分布式多点温度测量系统设计方案。该方案具有安装方便、数字化程度高、精度高、适应性强等特点，在多种温度检测中具有广阔的应用前景。经过模块化的电路测试、软件调试和系统组装，测温精度可以达到±0.01℃。设计出的多路远距离自动化、智能化温度采集系统可以广泛应用于工业控制领域。本次设计只给出2路从机采集，根据需要可以增加更多从机进行温度采集。