室內(nèi)溫度檢測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了以DS18B20基礎(chǔ)設(shè)計(jì)室內(nèi)溫度檢測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)的基本過(guò)程，該系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為主控器，采用單線多點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，在一條總線上掛接5個(gè)DS18B20溫度檢測(cè)點(diǎn)，并循環(huán)檢測(cè)讀取各檢測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)值，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定閾值，當(dāng)其中任意3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度均超過(guò)閾值時(shí)，實(shí)施超溫告警及自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)功能，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。該系統(tǒng)改進(jìn)了一般溫度檢測(cè)裝置單點(diǎn)測(cè)試及只測(cè)溫而不能調(diào)節(jié)溫度的缺陷，可應(yīng)用于對(duì)環(huán)境溫度要求嚴(yán)格的病房、居室、辦公室、小型倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所。
關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)；單線多點(diǎn)檢測(cè)；報(bào)警；溫度調(diào)節(jié)

目前溫度檢測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)在生產(chǎn)、生活中可應(yīng)用的領(lǐng)域非常多，大到工礦企業(yè)生產(chǎn)線的環(huán)境溫度監(jiān)控，小到一般居室的室內(nèi)溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié)控制。這些不同的應(yīng)用形式在溫度檢測(cè)方式、精度要求、信息傳輸，控制方式等方面存在著諸多的不同，但系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想大致相同，均是按照溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、溫度調(diào)節(jié)控制的基本工作順序來(lái)規(guī)劃的。本文就是在這種思路引導(dǎo)下，提出了一種以智能數(shù)字溫度傳感器DS18B20和單片機(jī)AT89C52為基礎(chǔ)，可在室內(nèi)場(chǎng)所(如居室、辦公室、小型倉(cāng)庫(kù))使用的多點(diǎn)溫度檢測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
室內(nèi)溫度檢測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)的基本功能要求是：能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并顯示室內(nèi)的環(huán)境溫度，并可根據(jù)用戶要求設(shè)定溫度閾值，當(dāng)室內(nèi)溫度在所要求的正常范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)將采集到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，在監(jiān)測(cè)到的環(huán)境溫度超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出告警提示并開(kāi)啟溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，控制溫度調(diào)節(jié)設(shè)備實(shí)施環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)以上要求，構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，溫度傳感器選擇DALLAS公司生產(chǎn)的智能數(shù)字溫度傳感器DS18B20。該傳感器因具有的功能集成化、輸出信號(hào)數(shù)字化，控制簡(jiǎn)單化等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。在0～100℃時(shí)，DS18B20最大線形偏差小于1℃：有效的測(cè)溫范圍為-55～+125 ℃；編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，測(cè)溫分辨率為0．062 5℃；被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。
DS18B20將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根雙向串行數(shù)據(jù)的信號(hào)線，并允許在這根信號(hào)線上接多個(gè)DS18B20；可由單片機(jī)處理及控制，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或兩根線上，處理器只需1根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路，所設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)潔，抗干擾性能強(qiáng)；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也而采用寄生電源方式產(chǎn)生。
系統(tǒng)控制器采用AT89C52 8位單片機(jī)，該單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便，可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)DS18B20控制工作。
1．1 溫度數(shù)據(jù)采集
由于室內(nèi)環(huán)境溫度受光照、儲(chǔ)物密度、人流量等因素的影響較大，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和調(diào)節(jié)控制功能執(zhí)行的有效性，在實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集時(shí)采用多點(diǎn)檢測(cè)方式，即通過(guò)在室內(nèi)布設(shè)多個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，由各檢測(cè)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)送往系統(tǒng)控制器分析比較，當(dāng)5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中有3個(gè)以上的檢測(cè)結(jié)果超過(guò)閾值后，認(rèn)定當(dāng)前環(huán)境溫度超限，實(shí)施告警和調(diào)節(jié)控制功能。根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)的溫度采集模塊結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

溫度數(shù)據(jù)采集模塊中DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)DS18B20，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)．如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。另外單線長(zhǎng)度也不宜超過(guò)80 m，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下，可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I／O來(lái)驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I／O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。

1．2 鍵盤(pán)控制模塊
由于在本系統(tǒng)中允許用戶按照實(shí)際要求設(shè)定溫度閾值，用戶可根據(jù)對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度要求，設(shè)定所允許的最高或最低溫度參數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度超此限度后，實(shí)施告警及自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)功能。本系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，分別與單片機(jī)P1．0、P1．1、P1．2、P1．3口相連，分別實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位，閾值設(shè)定選擇、數(shù)值加、數(shù)值減等功能。