室內溫度檢測與調控系統設計

摘要：介紹了以DS18B20基礎設計室內溫度檢測與調控系統的基本過程，該系統以AT89C52單片機為主控器，采用單線多點檢測技術，在一條總線上掛接5個DS18B20溫度檢測點，并循環檢測讀取各檢測點溫度數值，可根據實際情況設定閾值，當其中任意3個檢測點的溫度均超過閾值時，實施超溫告警及自動溫度調節功能，實驗測試結果達到了預期的設計目標。該系統改進了一般溫度檢測裝置單點測試及只測溫而不能調節溫度的缺陷，可應用于對環境溫度要求嚴格的病房、居室、辦公室、小型倉庫等場所。
關鍵詞：溫度檢測；單線多點檢測；報警；溫度調節

目前溫度檢測與自動調節技術在生產、生活中可應用的領域非常多，大到工礦企業生產線的環境溫度監控，小到一般居室的室內溫度檢測與調節控制。這些不同的應用形式在溫度檢測方式、精度要求、信息傳輸，控制方式等方面存在著諸多的不同，但系統的基本設計思想大致相同，均是按照溫度數據采集、數據傳輸、數據分析、溫度調節控制的基本工作順序來規劃的。本文就是在這種思路引導下，提出了一種以智能數字溫度傳感器DS18B20和單片機AT89C52為基礎，可在室內場所(如居室、辦公室、小型倉庫)使用的多點溫度檢測與自動調節系統設計方案。

1 系統硬件設計
室內溫度檢測與調控系統的基本功能要求是：能夠實時檢測并顯示室內的環境溫度，并可根據用戶要求設定溫度閾值，當室內溫度在所要求的正常范圍內時，系統將采集到的溫度數據實時顯示，在監測到的環境溫度超過閾值時，系統發出告警提示并開啟溫度自動調節開關，控制溫度調節設備實施環境溫度自動調節。根據以上要求，構建系統結構如下圖1所示。

在此次系統設計過程中，溫度傳感器選擇DALLAS公司生產的智能數字溫度傳感器DS18B20。該傳感器因具有的功能集成化、輸出信號數字化，控制簡單化等特點而廣泛應用于溫度檢測系統的設計中。在0～100℃時，DS18B20最大線形偏差小于1℃：有效的測溫范圍為-55～+125 ℃；編程實現9～12位的數字值讀數方式，測溫分辨率為0．062 5℃；被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出。
DS18B20將地址線、數據線、控制線合為1根雙向串行數據的信號線，并允許在這根信號線上接多個DS18B20；可由單片機處理及控制，多個DS18B20可以并聯到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，可節省大量的引線和邏輯電路，所設計電路簡潔，抗干擾性能強；其工作電源既可在遠端引入，也而采用寄生電源方式產生。
系統控制器采用AT89C52 8位單片機，該單片機軟件編程的自由度大，可通過編程實現各種各樣的算術算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現簡單，安裝方便，可以單獨實現對多個DS18B20控制工作。
1．1 溫度數據采集
由于室內環境溫度受光照、儲物密度、人流量等因素的影響較大，為了保證測量數據的準確性和調節控制功能執行的有效性，在實現溫度數據采集時采用多點檢測方式，即通過在室內布設多個溫度檢測點，由各檢測點將采集到的數據送往系統控制器分析比較，當5個檢測點中有3個以上的檢測結果超過閾值后，認定當前環境溫度超限，實施告警和調節控制功能。根據以上要求設計的溫度采集模塊結構如下圖2所示。

溫度數據采集模塊中DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數據總線上掛256個DS18B20，但實踐中發現．如果掛接25個以上的DS18B20仍舊有可能產生功耗問題。另外單線長度也不宜超過80 m，否則也會影響到數據的傳輸。在這種情況下，可以采用分組的方式，用單片機的多個I／O來驅動多路DS18B20。在實際應用中還可以使用一個MOSFET將I／O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。

1．2 鍵盤控制模塊
由于在本系統中允許用戶按照實際要求設定溫度閾值，用戶可根據對室內環境溫度要求，設定所允許的最高或最低溫度參數，當環境溫度超此限度后，實施告警及自動溫度調節功能。本系統中設置4個按鈕開關，分別與單片機P1．0、P1．1、P1．2、P1．3口相連，分別實現手動復位，閾值設定選擇、數值加、數值減等功能。