多路温度巡检系统的硬件设计

　　

【摘要】本设计针对目前暖气泄漏检测的现状及其存在的主要问题，设计了一种7路温度巡检仪。硬件上，温度检测元件采用单总线方式下的先进的数字式温度传感器，电路结构大为简化。软件上，用汇编语言对单片机编程以实现对各测试点温度值的检测和集中管理，并且通过软件编程以极少量按键实现了对仪表的方便操作。
【关键词】暖气泄漏检测；温度巡检；硬件设计

　　一、概述
　　本设计针对目前暖气泄漏检测的现状及其存在的主要问题，设计了一种基于AT89C51单片机的多路温度巡检系统，采用DALLAS公司的单总线智能温度传感器DS18B20来采集温度采集，采用ATMEL公司生产的的低功耗CMOS串行EEPROM AT24C02来进行采集数据的保存，采用T6963C液晶控制器来进行采集温度的显示，并通过自定义的键盘对本系统进行控制。
　　二、电路设计
　　（一）测温电路的设计
　　本设计是用七个 DS18B20 组成的测温电路，DS18B20 的主要特性：适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯；DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；温度范围-55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；可编程的分辨率为 9～12 位，对应的可分辨温度分别为 0.5℃、0.25℃、0.125℃和 0.0625℃，可实现高精度测温；在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快；测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
　　（二）存储器电路的设计
　　由于单片机内部的存储容量有限，又由于本设计所要储存的数据大于单片机内部的存储容量，所以说外扩一个存储器对本设计而言是非常必要的。本设计采用 ATMEL 公司生产的的低功耗CMOS串行EEPROM AT24C02来进行采集数据的保存，它内含256×8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于 10000 次）、写入速度快（小于 10ms）等2特点，24C02采用的 I C 总线，它通过 SDA（串行数据线）及 SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。
　　（三）按键电路的设计
　　键盘是单片机应用系统中一个至关重要的部件。它能实现输入数据、传送命令等功能，是人工干预计算机的主要手段。键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种。前者用软件来识别和产生代码，后者用硬件来识别。
　　（四）显示电路的设计
　　LCD显示器有分段式和点阵式两种结构。点阵式是在上下两个电极基板上喷上大小和间隔相等、上下对应的电极点阵。其中上电极基板上的每个电极对外均有引线，用于接驱动电压，而下电极基板上的所有电极均接到一个公共电极 COM 上，电极由二氧化锡透明导电材料组成。点阵式可用于文字、图形以及数字显示。

分段式 LCD 显示器与 LED 显示器相似，也采用七段式显示。不同的是 LCD 显示器的结构除在上电极基板上喷上 a～g 这七个笔画外，还在下电极基板喷上与笔画相对应的“日”字形电极且接公共电极 COM。
　　（五）时钟电路的设计
　　8051 芯片内部有一个高增益的反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为 XTAL2，分别是 8051 的 19 脚和 18 脚。在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自给振荡器。两个电容通常取 30PF 左右，对振荡频率有微调作用。
　　（六）复位电路的设计
　　复位电路虽然简单，但其作用非常重要，一个单片机能否正常运行，首先要检查是否能复位成功，在复位电路中，RST 引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其时间应持续 24 个震荡周期以上，若使用频率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us才能完成复位操作。在本设计中用到的是 12MHz 的晶振。
　　三、结语
　　本设计利用 AT89C51 为核心，使用了 DS18B20芯片作为本设计的温度传感器，加上适当的外围电路，使本系统具有许多其它温度巡回检测系统所不具备的优点。DS18B20 与传统的温度传感器相比，输出数字信号，从而在设计电路时不必去考虑 A/D 转换的问题，不仅获得了更优良的工作性能，提高了抗干扰能力和可靠性，而且使系统结构更简洁，维护方便，缩小了空间。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。本设计结合 DS18B20 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 DS18B20 的高精度、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。

【参考文献】
[1]戴梅萼．微型计算机技术及应用[M]．北京:清华大学出版社，1997．
[2]李朝青．单片机原理及接口技术[M]．北京:北京航天航空大学出版社，1998．
[3]吴金戌，沈庆阳，等．8051单片机实践与应用[M]．北京:清华大学出版社，2002．
[4]余发山，王福忠．单片机原理应用技术[M]．徐州:中国矿业大学出版社，2003．
[5]张毅刚，彭喜源，等．MCS-51 单片机应用设计[M]．哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1997．
[6]夏路石，石宗义．电路原理图与电路板设计教程．北京:北京希望电子出版社，2002．