基于单片机的分布式多点温度测量系统的设计

摘 要 近年来单片机技术取得了巨大的发展，它具有安全、稳定、高效等特点。而温度测量在我们的日常生活与企业生产中具有非常重要的作用。本文介绍了一种以AT89C51单片机为核心，具有多点温度测量、存储和显示功能的分布式多点温度测量系统，并对该系统的的软件和硬件两个方面进行了介绍。

关键词 AT89C51单片机；多点温度测量；传感器

中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0205-02

0 引言

近年来，随着生产技术的不断发展与提高，许多地方都需要用到温度控制，例如种植大棚蔬菜时，需要实时监控大棚中的温度情况。人们的日常生活中也常常需要用到温度测量，例如登山探险时，需要随时获知所在区域的温度信息。传统的温度测量系统大多是单点温度测量设备，这种温度测量系统不仅测量精度达不到要求，而且无法进行多点温度测量，这些缺点严重制约了单点温度测量仪的应用。

单片机具有功能强大、安全性能高、稳定性强、体积较小、经济性较强等特点，可广泛应用于多种测控领域。采用单片机来进行温度测控具有测量精度高、灵活性强、使用方便等特点，而且还可大幅度降低能耗。多点温度测量系统可同时测定多个温度测量点的温度信息，并实时储存、传输以及显示温度。本文介绍的基于单片机的分布式多点温度测量系统具有温度测量、信息储存以及图形化显示等功能。

1系统设计原理

本文采用AT89C51单片机作为系统的测控核心器件，温度测量传感器采用DS18B20，为了实现多点温度测量，系统中需要设置多个DS18B20测温传感器，然后将各个测温传感器测得的温度信息显示在DM-162显示屏上。

DS18B20测温传感器产自美国半导体公司Dallas，该传感器属于智能数字总线式温度传感器。DS18B20的工作温度最低为-55℃，最高为+125℃，它能够在不进行任何转换的情况下直接测量出温度信息。DS18B20测温传感器的测量精度非常高，其分辨率可达到0.0625℃。由于2至3根线上即可并联多个DS18B20测温传感器，因此系统CPU通过一根端口线即可实现与多个DS18B20的通信，这样的设计可大量的节省逻辑电路与引线。为了提高温度测量系统的抗干扰性，现场传感器DS18B20测得的温度采用单总线的方式进行数字传输，这提高了系统在不同环境条件下的适用性。DS18B20传感器具有三个引脚，在使用外部电源进行供电时，DS18B20的VCC脚接电源，GND脚接地，DQ脚连接AT89C51单片机的I/O端口进行信息传输。系统框图见图1。

2 系统硬件设计

2.1 测温传感器

本系统采用DS18B20测温传感器，它可将测量得到的温度信息转化为串行信号，其供电可采用远程工作电源，也可采用寄生电源。由于每一个DS18B20测温传感器都对应一个唯一的64位序列码，因此一条总线上可允许多个传感器同时工作。本系统的一条总线上连接了8个DS18B20，从而实现了多点温度测量。

2.2 AT89C51单片机

AT89C51单片机的中央处理器组成部分包括：控制逻辑单元和运算器。AT89C51单片机的数据存储器与程序存储器是分离的，并且各自有一套寻址方式与机构。AT89C51的RAM数据存储器容量为256K，ROM程序存储器容量为4KB，并且还支持扩展。单片机的运行过程即为在程序的控制之下逐条执行程序指令的过程。

2.3 通信模块

本系统使用RS-485总线进行温度测量信息传输，利用MAX485驱动芯片来实现电平转换。RS-485可满足分布式控制系统的要求，具有抗干扰能力强、传输速度快，可实现远距离传输等特点。RS-485通过平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线。通信模块在系统中的应用主要有：传输主控机发送的指令，然后将采集到得数据传输回主机中。

2.4 键盘模块

本系统中将需要用到5个键盘按键：两个复位按键、上翻键、下翻键和确定键。两个复位键用于控制LCD显示器与单片机的复位，其余三个键则用于数据查看等操作。三个按键与单片机之间的接口很简单，只需要用到3条接口线。当需要系统开始工作时，只要将键盘上对应的按键按下就可。分布式多点温度测量系统整体采用+3.3V的电源进行供电。

2.5 DM-162液晶显示模块

DM-162液晶显示器采用5×7的点阵图来显示图形信息。在该模块的字符发送存储器中预先存储了160个不同类型的字符图形，字符图形主要包括：英文字母、阿拉伯数字、常用数学符号等。DM-162液晶显示器的控制器中包含有11条相应的控制指令，其屏幕、光标以及读写操作均通过编程指令完成。DM-162液晶显示器接口简单，且不需要CCFL背光逆变器以及DC-DC驱动电源。

2.6 存储模块

本系统存储模块采用24C256存储器，该存储器产自Atmel公司。它具有低功耗、工作稳定等特点。24C256存储器在输入端装有滤波器，可有效抑制噪声信号，并且它还具有写保护端口，从而保证了硬件及软件的数据保护。其存储模式为：512P×64Byte×8bit，可支持整页操作，重复写入次数可达1×106次。

3 系统软件设计

3.1 程序开发环境及程序流程图

本文采用ASM51汇编语言进行程序设计。汇编语言与计算机语言非常接近，适用于编制各种系统硬件相关的程序。AT89C51具有在线下载以及调试功能，ASM51可利用支持AT89C51的开发工具包Keil u Version2.0进行系统软件开发。系统的主程序流程图见图2。

3.2 程序设计

DS18B20测温传感器的通信协议规定，控制其进行温度测量需要以下操作时序进行：

1）在每次信息读写前都要进行初始化；

2）在接收到初始化指令后，发送ROM指令；

3）发送RAM指令。

若不按照上述时序对DS18B20进行操作，则会出现不响应的情况。初始化时，首先由单片机发出一个复位脉冲，然后在DS18B20接收到指令后发出响应脉冲。复位时CPU数据线需要下拉480ns～540ns，DS18B20收到指令的16ns～60ns内，发出一个60ns～240ns的存在脉冲到CPU，此过程完成后，即表示复位完成。

系统中，温度信息采用文本的方式显示在DM-162液晶屏上。当系统启动时，应对液晶屏进行初始化，主要包括：液晶显示屏清屏、指定文本缓冲区起始地址，设置显示宽度及模式，设置显示方式。显示程序的设计时将采集到的温度信息传输到LED上，LED为发光二极管，七段发光二极管可构成“8”字型，通过其不同的组合变化即可显示数字0～9。

4结论

基于单片机的分布式多点温度测量系统不仅具有测量精度高、安全可靠、低功耗等特点，而且还可适应恶劣的工作环境。本文以AT89C51单片机作为系统核心，设计了分布式多点温度测量系统，并从系统的硬件及软件配置方面进行了深入分析，该系统稳定可靠、操作简洁、信息显示快速直观。该温度测量系统在工农业生产中具有广阔的应用前景。

参考文献

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