摘 要 单片机技术在我们生活、工作、科研、各个领域应用广泛，在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制发挥了越来越重要的作用。本文主要讲述了在单片机下传感器、被控对象、显示电路等硬件连接和各模块之间的流程，尤其是对数字温度传感器DS18B20的数据采集过程和AT89S51对加热装置的控制过程做出了重点介绍。DS18B20与AT89S51搭配可以设计出多种温度检测系统，其具有电路简单，自制方便，稳定可靠之特点。
关键词 单片机;数字温控器
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0037-02
1 总体设计分析
在以DS18B20为温度传感元件，以AT89S51单片机为核心的电路设计中，DS18B20内部二极管能够很灵敏地感应出被测温度的变化，并进行A/D模数转换以数字形式存放于高速寄存器中，单片机可以通过单线接口读取该数据。只要温度在所设置的上下温度范围内，就能够在设备中精确的显示出来，如果温度超过了所设定的温度范围，那么就会自动发出报警信号或者转入其他工作模式。
系统主要包括数据采集模块，温度设置模块，单片机，显示模块和被控对象五个部分。如下图1所示。
图1
2 主要芯片分析
1）单片机。
AT89S51是由美国ATMEL公司生产的一种低耗能高性能单片机，含有可反复擦写的只读程序存储器和128 bytes随机存取数据存储器，其具有40个引脚，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个全双工串行口，片内时钟振荡器等特点。
2）数字温度传感器。
DS18B20是美国DALLAS半导体公司数字产品，与单片机相连时仅需要一条口线即可实现读写数据的双向通信，通信功能是分时完成的，它有严格的时隙要求，读写时序很严格，对DS18B20的各项操作必须按协议进行。其一线工作流程是：先进行初始化即发复位脉冲，然后是发ROM只读存储器功能命令、接着是发存储器操作指令、最后对数据进行处理。DS18B20由温度传感器、非挥发的温度报警触发器、64位光刻ROM、配置寄存器这四大部分构成的。DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术，内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号，另一个高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号。当计数门打开时进行计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性度加以补偿。测量结果存入温度寄存器中，最后以16位补码形式读出。
3 硬件电路设计分析
1）主模块。
温度控制器的核心就是单片机控制模块，温度的采集、处理和显示都是其控制进行的，同时它还承担设定温度的上下限值和温度越限时加热器的启动与停止工作。下图2所示为温度控制器的电路原理图。
图2
2）温度设置模块。
温度设置部分采用独立式按键，当不按键时，单片机与之相连的输入口线为高电平，当按任何一个键时，与之相连的输入口线被置为低电平，产生外中断条件，在中断服务程序中读取键盘值。
3）温度传感器与单片机的连接。
温度传感器的单总线与单片机的P1.7连接，温度是一线式数字温度传感器DS18B20 采集的。DS18B20的测温范围在-55℃到+125℃之间，固有测温分辨率为0.5℃，最大可达到0.0625℃。测量的温度精度达到0.1度，12位精度时，转换时间是0.75ms，亦即转换频率。
4）温度的采集模块。
到目前为止，数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 “一线总线”接口的智能温度传感器。“一线总线”具有独特且经济的特点，让使用者们能够很容易地构造传感器网络，这为构造测量系统引入了全新的概念。
5）显示模块。
LED显示分为静态显示和动态显示。显示部分采用LED静态显示方式;LED显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件，其亮度高，功耗小，寿命长，成本低，视角大，编程容易且显示稳定可靠等优点，故应用广泛。本设计采用了74LS164这个串入并出的移位寄存器，驱动共阴、共阳都很方便，很好的解决了IC2与LED之间的接口问题。
6）电路的控制。
被控电路是与单片机的P0.7端口相连的，由于单片机输出的控制信号较小，需要放大信号后来驱动外围电路，使用三极管可以实现这一功能。控制过程是，首先当所检测出来的温度比设定的温度值低时，单片机的P0.7口就输出高电平信号，使三极管Q导通，致继电器两控制端产生压差，从而有电流流过，使继电器吸合，常开触点闭合，开始对加热装置进行加热;当检测温度比所设定的温度要高时，单片机就会输出低电平信号，三极管截止，继电器不动作不吸合，加热装置停止工作不加热。系统循环往复地这样工作达到控制温度的目的。
4 结束语
本文详细介绍了单片机AT89S51的温度控制系统的设计方案以及DS18B20温度传感器设计。其数字温度计线路简单、硬件少、成本低廉、软件设计简单等优点，在日常的生活和工业的生产过程中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。因此，DS18B20 AT89S51的数字温控器在工农业生产和科学研究中有着广阔的应用前景。
参考文献
[1]林伸茂.8051单片机彻底研究经验篇[M].北京：人民邮电出版社，2004.
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