基于單片機(jī)和PC串口通信的測(cè)溫系統(tǒng)

　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(jì)方法。系統(tǒng)由芯片DS18B20 采集溫度信號(hào)傳輸給微控制器，通過外圍設(shè)備LCD1602 顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度值，并設(shè)計(jì)上位機(jī)程序通過串口通信實(shí)時(shí)獲取溫度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。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(tái)軟件采用VB6.0 完成。給出了前后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)流程圖。最后給出了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的硬件實(shí)物圖和采集到的前后臺(tái)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(cè)及控制，因此研究溫度的測(cè)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(hào)，必須經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號(hào)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(duì)上述問題，該設(shè)計(jì)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(cè)量系統(tǒng)，并可通過串口連接在PC 系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，該系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)易，可靠性高，適用于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。

　　1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　測(cè)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。

圖1 系統(tǒng)組成

　　數(shù)據(jù)采集流程為：?jiǎn)纹瑱C(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。

　　1.1 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器

　　DS18B20 溫度傳感器是美國(guó)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(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)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（3.0～5.5 V），在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；

　?、讵?dú)特的單線接口方式。與微處理器連接時(shí)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)；

　?、轀胤秶?5℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃；

　?、蘅删幊痰姆直媛蕿?～12 位，對(duì)應(yīng)的分辨率分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.062 5℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；

　?、咿D(zhuǎn)換時(shí)間為93.75 ms（9 位）和750 ms（12 位），對(duì)于一般的實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠了；

　?、鄿y(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以丹總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；

　　⑨負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。