【導讀】以AT89S52單片機和DS18B20單總線數字溫度傳感器為核心，可對多點的溫度進行實時巡檢的設計方案。各檢測單元能獨立完成各自功能，同時可根據下位機的指令對溫度進行定時采集，測量結果不僅能在本地實時顯示，且在越出警戒值時斷開繼電器;并在必要時可利用單片機串行口，通過RS-485總線及通信協議將采集的數據傳送到上位機，同時進行存檔、處理。
目前單片機被廣泛應用于溫度檢測和溫度控制中;同時單片機控制可控硅觸發信號也成為今后發展趨勢。因此，設計了基于Atmel公司的AT89S52控制系統和數字溫度傳感器DS18B20的溫度測量進行現場溫度采集。溫度值既可送回主控PC進行數據處理，由顯示器顯示;也可由下位機單獨工作，實時顯示當前各點的溫度值，并對各點進行控制。下位機采用單片機基于數字溫度傳感器DS18B20系統。
1 方案論證
多點溫度檢測系統中，一般具有測量點多、布線分散、環境復雜等特點，如若選擇普通的溫度傳感器，為了將最終的檢測信號送回計算機處理，需要經過A/D轉換電路和接口電路，才能將所檢測到的模擬信號轉變為數字信號，再加上復雜的環境、較遠的傳輸距離等因素，使得多點溫度檢測系統的穩定性和可靠性較低。因此，設計了一種性能優良的多點溫度檢測系統，其關鍵是溫度傳感器和主控單元的選擇與設計。
1.1 傳感器選擇
在先前的多點溫度檢測系統中，傳統的溫度傳感器一般將所采集到的模擬信號作為信號源，在A/D轉換后進行遠距離的傳輸，這便導致了精度相對較低。本設計采用數字溫度采集芯片DS18B20采集信號，直接輸出數字信號，便于主控電路處理和控制，避免了傳統溫度傳感器的缺點及復雜的外圍電路。此外，DS18B20性能穩定，僅采用了單總線的數據傳輸，在0～100℃時，最大線形偏差<1℃，可用于工業測溫系統。單片機AT89S52可直接帶入多個DSB1820，因此可容易實現多點測量，輕松地組建傳感器網絡。
采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可體現系統芯片化的趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。同時，集成塊的使用，有效避免了外界干擾，提高測量電路的精確度，所以集成芯片的使用將成為電路發展的一種趨勢。
1.2 主控制模塊設計
設計采用8位單片機AT89S52作為主控模塊的核心器件。AT89S52芯片編程自由度大，可輕松實現各類算術算法和控制算法，且體積小、性能強大。可單獨實現對多個溫度芯片DS18B20的采集，并可控制繼電器關斷和風鳴器報警，輕松實現與電腦的互聯通信。本設計采用主從分布思想，由一臺PC機作為上位機，多點溫度采集系統作為下位機，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統，以實現遠程控制。
1.3 系統方案
系統硬件制作分為主控器和檢測器兩部分。本系統為典型的單片機檢測應用系統，而原先采用的模擬式和數字式均無法實現系統中的所有功能。因此，本系統上述兩部分硬件方案將采用智能式單片機系統。
檢測器部分采用多個單總線數字式溫度傳感器DS18B20多點檢測電路、放大器、A/D轉換電路等模數組合復雜電路，主控器部分AT89S52自帶看門狗功能、時鐘電路、存儲器及顯示電路、報警和控制電路，以及與PC機的通信電路等。
2 硬件電路設計
2.1 溫度測試電路
采用Dallas公司生產的一線式數字溫度傳感器DS18B20，芯片采用3引腳TO-92小體積封裝形式。測溫分辨率最高可達0.062 5℃，具有較高的精度，被測溫度能夠以16位數字量方式串行輸出。
DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±0.5℃。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大幅提高了系統的抗干擾性，適合惡劣環境的現場溫度測量。DS18B20的特點是單總線數據傳輸方式，其數據I/O均由同一條線來完成，硬件連接電路如圖1所示。
2.2 溫度實時顯示電路
目前工業控制顯示電路通常采用LED或LCD顯示數字，而顯示的過程也可簡單歸結于編程和譯碼的互逆過程。本設計考慮到現場溫度將超過100 ℃，因此，采用了3個共陰極7段顯示數碼管。顯示方式有動態掃描方式，即用一塊CC4511芯片就可以完成顯示功能。為確保突然停電時系統具備溫度報警數據的記憶功能，應選用具備掉電保護數據特性的存儲器，設計選用I2C串行芯片EEPROM24C16、CC4511BCD譯碼器輸出，ULN2003達林頓芯片為位驅動掃描信號。
2.3 報警及控制SSR關斷電路
保護電路主要是要求控制SGS系列小型交流固態繼電器的關斷，使進相器退出工作。SGS系列小功率單相交流固態繼電器，為單刀單擲一常開線路板安裝式。輸入采用直流控制型式，輸出端由雙向可控硅交流開關組成，開關型式分為過零導通型和隨機導通型。固體繼電器(Sol id State Relay SSR)是利用現代微電子與電力電子技術相結合而發展的一種新型無觸點電子開關器件。其可實現用微弱的控制信導控制0.1 A直至幾百A電流負載，進行無觸點接通或分斷。固體繼電器是一種4端器件，各兩個輸入端和輸出端。輸入端接控制信號，輸出端與負載、電源串聯，SSR實際是一個受控的電力電子開關。
由于固體繼電器具有高穩定、高可靠、無觸點及壽命長等優點，被廣泛應用于電動機調速、正反轉控制、調光、家用電器、烘箱烘道加溫控溫、送變電電網的建設與改造、電力拖動、印染、塑科加工、煤礦、鋼鐵、化工和軍用等方面。
當NPN三極管的VBE>0.7 V，VCE≈0 V，三極管集電極和發射極會飽和導通;當繼電器不吸合時，2003IC13腳為高電平，隨即導通三極管，而導通的三極管處于接地狀態。鋒鳴器一頭接地另一頭接12 V所以會報警。反之，當繼電器吸合時，2003IC13腳會是低電平，則不會導通三極管，而三極管是懸空狀態，因此鋒鳴器不會報警。
總體上本方案中所設計的報警電路較為簡單，由一個自我震蕩型的蜂鳴器來進行報警，該蜂鳴器是通過ULN2003電流放大IC來控制，當檢測系統檢測到溫度達到一定的上界時，報警及控制電路開始工作。先由軟件控制單片機的P0.7腳發高電平，通過IC2003的13腳驅動繼電器工作，二極管D5反向續流，抑制浪涌，一般選1N4148即可。繼電器觸點吸合廷時一個機器周期，然后再由軟件控制單片機的P0.7腳發低電平;此時2003IC13腳為高電平，極管集電極和發射極會飽和導通，從而使鋒鳴器報警。
2.4 通訊接口的設計
考慮到本設計通信距離>100 m的適用要求，在系統中選用RS485。MAX485是由Maxim公司生產的一種低功率RS485接收發送器，其是將TTL電平與RS485標準電平相互轉換。由于本系統的通信采用RS485標準，因而，在硬件電路中采用MAX485芯片。該芯片能驅動32個接收器件，因此可達到多個檢測器的設計要求。
3 結束語
設計了基于AT89S52單片機和DS18B20單總線數字溫度傳感器的多點溫度檢測電路。該系統能根據下位機的指令對溫度進行定時采集，測量結果不僅可本地實時顯示，且能在越出警戒值時斷開繼電器;并在必要時利用單片機串行口，通過RS-485總線及通信協議將采集的數據傳送到上位機。該系統性能強大、功能完整，具備良好的應用價值。
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