基于單片機和PC串口通信的測溫系統(tǒng)

　摘 要：介紹了以AT89S52 單片機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)計上位機程序通過串口通信實時獲取溫度。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。最后給出了設(shè)計實現(xiàn)的硬件實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。

　　針對上述問題，該設(shè)計提出了基于Dallas 半導體公司的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20[1-2]和ATMEL 公司AT89S52 單片機構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)，并可通過串口連接在PC 系統(tǒng)上進行實時顯示，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：單片機 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，并且通過串口通信上傳給上位機，供上位機顯示。

　　1.1 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器

　　DS18B20 溫度傳感器是美國DALLAS 半導體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，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；

　　②獨特的單線接口方式。與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊；

　?、跠S18B20 支持多點組網(wǎng)功能；

　　④DS18B20 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0.062 5℃，可實現(xiàn)高精度測溫；

　?、咿D(zhuǎn)換時間為93.75 ms（9 位）和750 ms（12 位），對于一般的實時測溫系統(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 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；

　?、嶝搲禾匦裕弘娫礃O性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。