基于89C51和DS18B20的溫度采集系統設計

　　摘要：本系統是以89C51單片機為控制核心技術的溫度采集控制系統，介紹了與DS18B20溫度傳感器組成溫度采集系統的設計方案。本溫度采集系統的下位機采用89C51單片機為主控制器，利用DS18B20溫度傳感器進行溫度測量，采用數碼管進行顯示，并通過串口將采集的數據傳送到上位機(PC機)，通過上位機對溫度進行集中監視和管理，解決了溫度測量通常比較繁瑣的問題，此測溫系統實現了對溫度數據的遠程采集、處理、實時顯示以及對溫度報表的管理。

　　隨著時代的進步和發展，單片機已經普及到我們生活、工作、科研各個領域，而且溫度是工業控制中主要的被控參數之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業中具有舉足輕重的作用。所以，溫度測控在工業領域具有廣泛的應用，設計一種基于89C51單片機的溫度測量系統的硬件結構具有價格低廉、精度高、微型化、抗干擾能力強、易擴展等一系列優點。在以單片機為基礎的數據采集和實時溫度控制系統中，通過計算機中的MAX-232接口進行計算機與單片機之間的命令和數據傳送，就可以利用計算機對生產現場進行檢測和控制。

　　1 系統的總體方案設計

　　本設計包括硬件和軟件兩個部分。系統的硬件部分大致可分為六部分：DS18B20、電源電路、顯示電路、單片機最小系統、溫度測試電路、串口通信電路，軟件部分可分為兩大部分：串口通信部分、VB數據處理與顯示部分。系統的總體結構框圖如圖1所示。

　　2 系統的硬件方案設計

　　硬件電路作為整個系統運行的必要框架，是軟件運行的結構基礎，離開了硬件結構，整個系統需要實現的功能就無從談起。此部分介紹了系統的整體硬件模塊。經過任務分析。具體的硬件方案設計如下：本設計是以DS18B20為傳感器、89C51單片機為控制核心組成的接口電路圖。

　　2.1 溫度傳感器DS18B20

　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS公司繼DS1820之后推出的一種改進型和增強型單總線智能數字溫度傳感器。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。其具有適應電壓范圍更寬，獨特的單線接口方式，支持多點組網功能，不需要任何外圍元件，溫度分辨力可編程，內部有溫度上、下限警告設置優點。

　　2.2 單片機最小系統設計

　　由單片機以及時鐘電路和復位電路構成了單片機的最小系統。

　　1)單片機

　　本設計使用的是美國ATMEL公司的89C51單片機，該型號單片機功能強大，價格低廉，可以靈活應用于各種控制領域。89C51是一種帶4 k字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。單片機系統是本溫度測控系統的核心部件，包括時鐘電路和復位電路的設計。

　　2)時鐘電路和復位電路

　　單片機內部的振蕩電路是一個高增益反相放大器，XTAL1腳和XTAL2腳分別構成內振蕩器的反相放大器的輸入端和輸出端，外接石英晶振或陶瓷晶振以及補償電容C1、C2構成并聯諧振電路。在本硬件系統設計中，為保證串行通信波特率的誤差，選擇了11.059 2 MHz的標準石英晶振，電容C1、C2為30pF。

　　單片機的復位是靠外部電路實現的。單片機工作后，只要在它的RST引線上加載10 ms以上的高電子，單片機就能夠有效地復位。復位后，P0到P3并行I/O口全為高電子，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態不確定。

　　2.3 電平轉換和串口通信電路的設計

　　1)電平轉換

　　單片機的PC機與單片機之間的通信需通過RS232串口來實現，因為232電平與單片機輸出的TTL電平不兼容，本次系統通過MAX232芯片實現TTL電平與RS232電平的轉換。MAX232芯片是包含兩路接收器和驅動器的RS232電平轉換芯片，適用于各種232通信接口。芯片內部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5 V電源電壓變換成RS232輸出電平所需的±10 V電壓。所以采用此芯片接口的串行通信系統只需要單一的+5 V電源即可。

　　2)串口通信

　　串口通信是計算機與外圍設備之間進行信息交換的一種方式，是指數據一位一位的按順序在一根信號線上進行傳輸的通信方式。串行通信有兩種基本工作方式：異步傳送和同步傳送，本系統中采用異步串行通信方式來實現單片機與PC之間的通信。89C51有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和計算機之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如計算機的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，我們采用了專用芯片MAX232進行轉換。

　　綜上所述，可以得到系統的硬件電路圖及仿真圖如圖2所示。

　　3 系統的軟件方案設計

　　整個系統的功能是由硬件電路配合軟件來實現的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。下位機通過DS18B20傳感器的測量，將溫度采集，采集上來的溫度信息經過MAX232電平轉換上傳給上位機，這些上傳到上位機的溫度信息的處理是該溫度采集系統上位機最重要的一部分，實現了溫度信息的查詢、顯示、趨勢圖等功能。

　　3.1 VB與單片機通信的建立

　　由單片機的測試點實時采集溫度，通過MAX232傳輸到上位機PC，利用在Visual Basic 6.0的通信控件MSCOMM屬性設置和事件響應的基礎上，實現與單片機串行通信。在上位機中，完成溫度傳感器ROM讀取并顯示、實時溫度數據顯示、數據存儲、曲線繪制、歷史數據查詢，其中在數據查詢功能中，設計了時間查詢、溫度查詢等功能。溫度采集系統中下位機將溫度轉換并將溫度值存儲到單片機的RAM里，實現溫度采集系統的上位機(PC機)向下位機(單片機)發送信息以及上位機接收下位機的溫度信息并加以處理。