摘要：介紹了以AT89S52單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。系統(tǒng)由芯片DS18B20采集溫度信號傳輸給微控制器，通過外圍設(shè)備LCD1602顯示現(xiàn)場溫度值，并設(shè)計上位機(jī)程序通過串口通信實(shí)時獲取溫度。系統(tǒng)設(shè)計包括硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計。單片機(jī)程序采用C51，在KEIL開發(fā)環(huán)境中調(diào)試通過完成；PC后臺軟件采用VB6.0完成。給出了前后臺軟件設(shè)計流程圖。zui后給出了設(shè)計實(shí)現(xiàn)的硬件實(shí)物圖和采集到的前后臺溫度顯示結(jié)果。
　　
　　溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。傳統(tǒng)方法多以熱電阻和熱電偶等為溫度傳感元件，而這種模擬溫度傳感器輸出為模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號后才能與單片機(jī)等微處理器接口，使得硬件電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、抗干擾性差、布線麻煩以及成本高等缺點(diǎn)。
　　
　　針對上述問題，該設(shè)計提出了基于Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20[1-2]和ATMEL公司AT89S52單片機(jī)構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)，并可通過串口連接在PC系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)時顯示，該系統(tǒng)安裝簡易，可靠性高，適用于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。
　　
　　1、系統(tǒng)構(gòu)成
　　
　　測溫系統(tǒng)由微控制器、溫度采集、串口通信、LCD顯示和上位機(jī)顯示等幾部分組成，如圖1所示。　　　　
　　數(shù)據(jù)采集流程為：單片機(jī)AT89S52獲取溫度傳感器DS18B20采集的溫度值，經(jīng)處理后傳輸給LCD1602現(xiàn)實(shí)，并且通過串口通信上傳給上位機(jī)，供上位機(jī)顯示。
　　
　　1.1DS18B20數(shù)字式溫度傳感器
　　
　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程讀取9～12位數(shù)字溫度值。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：
　　
　?、龠m應(yīng)電壓范圍更寬（3.0～5.5V），在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；
　　
　?、?的單線接口方式。與微處理器連接時僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊；
　　
　?、跠S18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；
　　
　?、蹹S18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一只形如三極管的集成電路內(nèi)；
　　
　　⑤溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃；
　　
　　⑥可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的分辨率分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫；
　　
　?、咿D(zhuǎn)換時間為93.75ms（9位）和750ms（12位），對于一般的實(shí)時測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠了；
　　
　?、鄿y量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以丹總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有*的抗干擾糾錯能力；
　　
　?、嶝?fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。
　　
　　1.2RS_232串口通信標(biāo)準(zhǔn)
　　
　　RS_232C是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定的異步串行通信中應(yīng)用zui廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。該標(biāo)準(zhǔn)適用于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20Kbps范圍內(nèi)的通信，已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與計算機(jī)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE的接口標(biāo)準(zhǔn)，是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用zui廣泛的一種串行接口。其工作電平規(guī)定如下：對于數(shù)據(jù)（邏輯“1”的電平低于-3V；邏輯“0”的電平高于+3V）。對于控制信號（“信號有效”的電平高于+3V，“信號無效”的電平低于-3V）。在實(shí)際工作中應(yīng)保證電平在±（3～15）V。其串行口的9根針腳功能有其固定的定義。該設(shè)計中，只要用RXD和TXD兩條數(shù)據(jù)線即可。
　　
　　1.3AT89S52
　　
　　AT89S52是一款低功耗、高性能CMOS工藝8位微控制器，攜有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。與80C51產(chǎn)品指令和引腳*兼容。使其能為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52還含有：256字節(jié)RAM、32位I/O口線、看門狗定時器、2個數(shù)據(jù)指針、三個16位定時器/計數(shù)器、一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保模式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。
　　
　　1.4LCD1602顯示模塊
　　
　　液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。目前字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計中zui常用的信息顯示期間，LCD1602液晶顯示模塊可以顯示兩行，每行16個字符，其字符發(fā)生器ROM中自帶數(shù)字和英文字母及一些特殊符號的字符庫，沒有漢字。利用LCD1602可以建立8個6×8點(diǎn)陣自定義字庫的特點(diǎn)。它采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。
　　
　　LCD1602的驅(qū)動方式有并口驅(qū)動和串口驅(qū)動兩種，并口驅(qū)動須占用單片機(jī)大量寶貴的I/O接口；而串口驅(qū)動須在單片機(jī)的UART接口空閑的基礎(chǔ)上。其主要功能如下：40通道點(diǎn)陣LCD驅(qū)動、可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動、輸入/輸出信號：輸出能產(chǎn)生20×2個LCD驅(qū)動波形；輸入接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號，偏壓（V1∽V6）、通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。
　　
　　2、硬件系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　2.1溫度采集電路
　　
　　在設(shè)計電路時，要想使DS18B20能夠進(jìn)行的溫度轉(zhuǎn)換，I/0線必須在轉(zhuǎn)換期間保證供電。由于DS18B20的工作電流達(dá)到了1mA，所以僅靠5K上拉電阻提供電源是不行的，當(dāng)幾只DS18B20掛在同一根I/0線上并同時想進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時，這個問題變得更加尖銳?？紤]到本系統(tǒng)只進(jìn)行單點(diǎn)測量，故采用從VDD引腳接入一個外部電源的方法。
　　
　　2.2主控電路及復(fù)位電路
　　
　　AT89S52具有多種封裝形式，該系統(tǒng)為便于焊接，采用PDIP封裝形式。AT89S52單片機(jī)內(nèi)資源豐富，為解決該系統(tǒng)的設(shè)計提供了多種多樣的方案設(shè)計，該系統(tǒng)占用AT89S52I/0端口P1、P2、P3的部分資源。
　　
　　2.3電平轉(zhuǎn)換電路
　　
　　RS_232是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同，因此，為了能夠同計算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在RS_232與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換，實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可以用集成電路芯片?？紤]到數(shù)據(jù)的雙向傳遞性，該系統(tǒng)采用MAX232芯片，可以完成TTL到RS_232雙向電平轉(zhuǎn)換。
　　
　　2.4顯示電路
　　
　　LCD1602是常見的液晶顯示器，其特點(diǎn)是讀寫簡易，顯示精度高，與用動態(tài)數(shù)碼管顯示相比其占用資源較少，且顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，抗*力強(qiáng)。
　　
　　2.5硬件構(gòu)成總電路圖
　　
　　系統(tǒng)整體硬件電路包括溫度采集電路、主控制器電路、電平轉(zhuǎn)換電路和顯示電路這四部分，電路如圖2所示。　　　　
　　3、軟件系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　3.1下位機(jī)軟件設(shè)計
　　
　　下位機(jī)程序設(shè)計包含三部分：微控制器的初始化、對DS18B20的訪問和對LCD1620的讀寫。AT89S52是該系統(tǒng)的核心部分，控制著溫度的轉(zhuǎn)換以及讀取溫度數(shù)值并轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)以及相應(yīng)的ASCII值在1602上進(jìn)行顯示，通過RS232供PC機(jī)讀取溫度值。其主要工作流程為：初始化內(nèi)部部件以達(dá)到環(huán)境運(yùn)行要求、初始化DS18B20以及LCD1602；讀取溫度值并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化傳送到1602上進(jìn)行顯示；當(dāng)遇到中斷時，進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，檢查上位機(jī)是否向其請求發(fā)送數(shù)據(jù)。一旦檢測到正確的請求即將讀取的溫度數(shù)值按照一定的格式放到緩沖器中，直到數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，返回中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原函數(shù)。流程圖如圖3（a）所示。
　　
　　3.2上位機(jī)軟件設(shè)計
　　
　　為方便進(jìn)行遠(yuǎn)程控制可將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過RS_232口傳輸?shù)娇刂浦行牡碾娔X上，以便實(shí)時監(jiān)測。采用VB6.0[4]作為開發(fā)平臺，可快速地完成軟件的開發(fā)設(shè)計。
　　
　　采用ViusalBasic開發(fā)串口通信程序主要有兩種方法：①使用MSComm串口控件；②調(diào)用WindowAPI函數(shù)。
　　
　　使用MSComm串口控件實(shí)現(xiàn)通信的方法比調(diào)用API動態(tài)鏈接庫函數(shù)的方法方便、快捷、而且用編寫代碼量少的有點(diǎn)，可以大大地提高編程效率和系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)定性。該部分軟件完成窗體的設(shè)計，設(shè)置Timer的間隔為300ms，完成MSComm控件的添加，設(shè)置其相應(yīng)的屬性，對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算并在窗口中顯示。流程圖如圖3（b）所示。　　　　
　　4、結(jié)語
　　
　　這里項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際需要完成了測溫系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。
　　
　　包括：整體架構(gòu)設(shè)計、下位機(jī)底層硬件和軟件的具體實(shí)現(xiàn)、PC串口上位機(jī)軟件設(shè)計，較好地達(dá)到了預(yù)期目的。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖4所示，前后臺溫度顯示如圖5（a）、圖5（b）所示。
　　
　　系統(tǒng)充分利用了DS18B20微型化、低功耗、高性能、抗*力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將溫度數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理，有利于溫度數(shù)據(jù)的保存和查詢，節(jié)省了人力成本。
　　
　　該系統(tǒng)可應(yīng)用于較多的測溫場合。更的基于嵌入式系統(tǒng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的測溫系統(tǒng)目前也是人們研究的熱點(diǎn)。下一步的工作將展開基于反饋控制的溫控系統(tǒng)設(shè)計。