李裕元

一、溫度傳感器分類(lèi)與選擇

溫度是生活中常見(jiàn)的物理量，它與我們的生活實(shí)時(shí)相關(guān)，人類(lèi)對(duì)溫度研究一直在繼續(xù)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)有很多成熟的溫度傳感器在各個(gè)領(lǐng)域的得到了很好應(yīng)用，下面介紹下溫度傳感器的分類(lèi)和設(shè)計(jì)中溫度傳感器選擇的方法。

（一）溫度傳感器分類(lèi)

（1）模擬溫度傳感器輸出的模擬量信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度較快。

（2）數(shù)字溫度傳感器輸出的數(shù)字量，它輸出響應(yīng)速度較慢，但接口簡(jiǎn)便。

工程中常常選用熱電阻式溫度傳感器、熱敏電阻式溫度傳感器、模擬集成式溫度傳感器、熱電偶式溫度傳感器、智能溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度檢測(cè)。

（二）溫度傳感器的選擇

工業(yè)上溫度傳感器有四類(lèi)：熱電偶、熱電阻何熱敏電阻及集成電路溫度傳感器；各類(lèi)溫度傳感器的溫度測(cè)量范圍不同，應(yīng)用的環(huán)境也不同。

方案：數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它的溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃之間，精度可以達(dá)到12位精度，測(cè)溫分辨率為0.0625℃，工作電壓在3V～5.5V之間，它直接輸出數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)進(jìn)行處理。對(duì)于水溫控制器進(jìn)行測(cè)溫時(shí)采用數(shù)字芯片，而且可以簡(jiǎn)化硬件電路，適合用于單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)中的溫度傳感器。

溫敏元件在應(yīng)用于溫度環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，雖然溫敏電阻成本低，可是后續(xù)電路麻煩，也要進(jìn)行溫度標(biāo)定。AD590屬于電流型集成溫度傳感器，且它輸出的為模擬信號(hào)，且這一輸出信號(hào)不強(qiáng)，因而需要放大并且需要設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路，而如果設(shè)計(jì)使用的是普通的放大電路，那么運(yùn)放的效果難以保證，而且測(cè)量放大器價(jià)格不低，使得整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本得以提高。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用DS18B20采集溫度的變化，這就是任意的多個(gè)DS18B20可以在一根總線(xiàn)上掛接的原因，從而方便的進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫，且用串行數(shù)字信號(hào)輸出形式，可以將測(cè)量到的溫度結(jié)果提供給單片機(jī)AT89C51的P3.7口，將這一端口作為數(shù)據(jù)輸入。在多點(diǎn)的溫度檢測(cè)和采集系統(tǒng)中，DS18B20有很大的優(yōu)勢(shì)。DS18B20的工作電壓為+5V，DS18B20的檢測(cè)溫范圍為-55℃至125℃，測(cè)量精度可達(dá)0.5℃，用軟件編程可以將DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果的位數(shù)得以確定，輸出精度位數(shù)為9到12位不等，但是它的默認(rèn)值為12位。

二、顯示器選型

本文涉及的單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)需要對(duì)實(shí)時(shí)溫度值/比較的最大值顯示即可，適合的顯示方案有以下兩種。LCD液晶顯示和采用七段數(shù)碼管顯示。液晶顯示可以顯示漢子、英文和數(shù)字；數(shù)碼管適合在顯示信息量較小的系統(tǒng)中使用，數(shù)碼管適合顯示數(shù)字。由以上可知，數(shù)碼管顯示電路最為簡(jiǎn)單/低廉?？紤]顯示的溫度從-55℃～+125℃，如果采用七段數(shù)碼每顯示一路就需要3組數(shù)碼管，再加上溫度最大值需要單獨(dú)顯示出來(lái)，這樣不僅會(huì)增加數(shù)碼管的數(shù)量還會(huì)增加編寫(xiě)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)程序難度。因此選擇LCD液晶顯示器作為顯示模塊最優(yōu)，完全可以滿(mǎn)足使用要求。

三、軟件總體設(shè)計(jì)

編程采用匯編、C語(yǔ)言均可，這也是其應(yīng)用廣泛、上手快的原因之一。匯編編程指令效率高，適用于對(duì)時(shí)序要求較高場(chǎng)合，比如本文涉及的DS18B20讀寫(xiě)操作可以使用匯編語(yǔ)言對(duì)照芯片手冊(cè)的時(shí)序圖和講解逐條來(lái)編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)模塊程序塊。C語(yǔ)言編程指令移植性高，代碼可以重復(fù)使用適合1602LCD的驅(qū)動(dòng)和主程序的編寫(xiě)。

四、總體方案的確定

（一）系統(tǒng)基本框架

設(shè)計(jì)是利用AT89C51單片機(jī)為控制芯片，通過(guò)采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)溫度采集和溫度控制的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1所示。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的采集、通根據(jù)設(shè)定最大關(guān)閉加熱設(shè)備，如果小于最小的溫度值打開(kāi)加熱設(shè)備進(jìn)行加熱，達(dá)到實(shí)現(xiàn)恒溫控制的目的。

該溫度控制系統(tǒng)由單片機(jī)主最小系統(tǒng)，溫度采集模塊，數(shù)碼管顯示模塊，按鍵設(shè)置模塊、蜂鳴報(bào)警模塊、存儲(chǔ)模塊等組成。設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）液晶實(shí)時(shí)顯溫度的數(shù)據(jù)信息。

（2）可通過(guò)按鍵設(shè)置觸發(fā)報(bào)警的閾值，也可以通過(guò)按鍵進(jìn)行設(shè)置和修改。

（3）可以實(shí)現(xiàn)溫度上下閥值報(bào)警。

（4）實(shí)現(xiàn)恒溫控制功能。

系統(tǒng)各模塊功能說(shuō)明：

（1）溫度傳感器采集模塊的功能是采集當(dāng)前水溫度值。

（2）顯示模塊的功能是顯示實(shí)時(shí)水溫。

（3）聲音報(bào)警模塊的功能是當(dāng)水溫值超過(guò)設(shè)置的閥值就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音。

（4）鍵盤(pán)模塊的功能是設(shè)置水溫的上下閥值以及手動(dòng)報(bào)警。

（5）主控模塊功能是采集傳感器數(shù)據(jù)、鍵盤(pán)輸入信息進(jìn)行處理輸出報(bào)警信息和控制加熱設(shè)備進(jìn)行加熱系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示。

（二）系統(tǒng)工作原理介紹

考慮到該系統(tǒng)功能較少，由普通單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。而AT89C51單片機(jī)具有重量輕、體積小、對(duì)環(huán)境要求不高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格低廉、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，故本系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)主控制器。在溫度采集方面，選用單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集；人機(jī)對(duì)話(huà)界面通過(guò)按鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置溫度的上下線(xiàn)報(bào)警值和數(shù)碼管顯示電路的作用時(shí)實(shí)時(shí)顯示水溫值，同時(shí)在設(shè)置參數(shù)的時(shí)候可以顯示當(dāng)前設(shè)置的溫度大?。淮鎯?chǔ)電路的作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定溫度上下閥值進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣的設(shè)計(jì)可以保在系統(tǒng)重新工作時(shí)不用重新設(shè)置溫度參數(shù)，方便使用；報(bào)警電路用于上下閥值的溫度報(bào)警，當(dāng)超過(guò)上限報(bào)警的時(shí)候，數(shù)碼管會(huì)點(diǎn)亮，同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲音，下限也是一樣的效果；繼電器電路用于控制對(duì)水進(jìn)行加熱的設(shè)備行工作。

五、小結(jié)

文中主要介紹系統(tǒng)的傳感器的選擇和系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并對(duì)每部分電路進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。整體設(shè)計(jì)思想已經(jīng)確定，既可以根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行硬件和軟件的開(kāi)發(fā)。