摘 要：文章提出了一種基于STC89C52單片機的溫度采集系統(tǒng)設計方案，該方案通過STC89C52單片機控制DS18B20溫度傳感器來采集溫度，測量現(xiàn)場利用LED數(shù)碼管顯示實時溫度值，并采用RS-232串口作為單片機與計算機的數(shù)據(jù)通信接口。系統(tǒng)設計完成后，既可以準確測量溫度，又解決了通訊距離問題。此方案已在某些領域得到應用。

關鍵詞：單片機；溫度采集；串口通訊；STC89C52

1 概述

溫度采集是包含溫度信號檢測、信號處理、數(shù)據(jù)通信等相結(jié)合的綜合應用技術。在現(xiàn)代工業(yè)控制中是指將溫度的模擬量信號通過傳感器做適當變換后，再經(jīng)過信號調(diào)理、數(shù)據(jù)量化、數(shù)據(jù)編碼等步驟將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過數(shù)據(jù)通訊傳給PC機進行進一步處理的過程。

2 系統(tǒng)構成

2.1 系統(tǒng)硬件電路構成

溫度采集系統(tǒng)以單片機為核心，集溫度的采集、信號處理、數(shù)據(jù)顯示、無線傳輸、串口通訊為一體。硬件組成包括單片機STC89C52、溫度傳感器DS18B20、PC機組成。其原理框圖見圖1。

此系統(tǒng)僅利用一片單片機，通過采集溫度傳感器的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機處理后通過LED顯示屏顯示當前實時溫度，并將數(shù)據(jù)通過RS232串口通訊送至計算機，再通過計算機對收到的數(shù)據(jù)進行進一步處理。

2.2 單片機組成

單片機采用STC89C52 單片機，該單片機完全兼容MCS-51 系列單片機的所有功能，支持在線下載，自帶2K的存儲器，是單片機中最典型的產(chǎn)品，具有功耗低、性能高等特點，它是采用CHMOS工藝的8位單片機。單片機內(nèi)部有FLASH程序存儲器，可通過在線方式對其編程調(diào)試，極大的方便了開發(fā)人員。

2.3 溫度傳感器組成

溫度傳感器直接采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，是美國國家半導體公司推出的一種數(shù)字化單總線器件，與傳統(tǒng)的PTC、NTC等熱敏電阻相比，它能夠直接測出溫度，屬于可直接適配微處理器的智能溫度傳感器。傳感器可通過單總線向DS18B20 供電，無需外接電源。這種接線方式可使系統(tǒng)結(jié)構趨于簡單，方便開發(fā)者輕松組建傳感器結(jié)構。輸出采用經(jīng)擴展后的16 位數(shù)字量方式串行輸出，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，DS18B20 特別適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。其內(nèi)部結(jié)構見圖2。

溫度傳感器DS18B20主要利用高溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的振蕩頻率隨溫度變化而明顯這個原理來測量溫度。其測量原理為首先通過低溫度系數(shù)的晶振產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號，并將脈沖信號送至減法計數(shù)器1，而將高溫度系數(shù)晶振所產(chǎn)生的信號送至減法計數(shù)器2。當計數(shù)門打開時，系統(tǒng)對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，其測溫原理見圖3。

2.4 數(shù)碼顯示組成

LED數(shù)碼顯示組成采用一組4位共陽極數(shù)碼管組成，數(shù)碼管正向壓降約為1.5～2V，額定電流10mA。

2.5 串口通訊組成

2.5.1 接收數(shù)據(jù)

當REN位置置1時，即代表CPU允許接收數(shù)據(jù)，外界數(shù)據(jù)通過引腳RXD輸入，最低位進入移位器，當一幀數(shù)據(jù)接收完畢后數(shù)據(jù)并行送至SBUF緩沖器，同時將RI置位，并向CPU發(fā)出中斷請求，當CPU收到請求并響應中斷后，RI位清除。重復此過程。

2.5.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

CPU發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先將數(shù)據(jù)并行寫入SBUF發(fā)送緩沖器中，同時將數(shù)據(jù)由TXD引腳串行發(fā)送，一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，緩沖器清空，系統(tǒng)將發(fā)送中斷標志位TI置位，并向CPU發(fā)出中斷請求。當CPU收到請求并響應中斷后，TI位清除。重復此過程。

3 程序設計

3.1 單片機程序設計

3.1.1 初始化DS18B2程序設計

當主機向DS18B20發(fā)復位脈沖時，主機釋放總線并檢測DS18B20是否響應，如響應結(jié)束，則總線將再次拉高，延時300ms后結(jié)束初始化過程，如未檢測到響應，則重新啟動初始化流程，直至響應結(jié)束。

3.1.2 主程序設計

DS18B20初始化之后，搜索ROM，讀取在線DS18B20的序列號，確認DS18B20實際存在后，跳過ROM，進行溫度轉(zhuǎn)換，循環(huán)往復。

3.2 上位機程序設計

為在上位機實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的顯示及存儲，基于VB語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能。在串口通訊方面，通過VB自帶的MSComm控件，對其屬性及事件進行相應的編程既可輕松實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫設計則通過ACCESS建立。

4 結(jié)束語

經(jīng)試驗驗證及現(xiàn)場實際應用，此系統(tǒng)能對溫度數(shù)據(jù)進行長時間連續(xù)采集，并可以將數(shù)據(jù)傳送至上位機，方便進行進一步的處理，達到了預期的結(jié)果，可為其它類似問題的解決提供參考。

參考文獻

[1]沙占友.由DS1820 組成的單線數(shù)字溫度計原理與應用[J].電測與儀表，1999.

[2]范逸之.Visual Basic與RS232串口通訊控制[M].中國青年出版社.

作者簡介：陳中啟（1964-），男，漢族，江蘇省如皋市人，大學本科，高級講師，畢業(yè)于蘇州大學物理教育專業(yè)，現(xiàn)就職于江蘇航空職業(yè)技術學院，研究方向：電子電工職業(yè)技術教育、工業(yè)自動化控制。