基于ATS52单片机的温度采集系统设计

基于ATS52单片机的温度采集系统设计

陈立兵,樊瑜瑾,代󰀁杰

(昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650093)

DesignofTemperatureAcquisitionSystemBasedonATS52Single-chip

CHENLi-bing,FANYu-jin,DAIJie

(FacultyofMechanicalandElectricalEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China)

󰀁󰀁摘要:为了实现对某养殖场室内温度的实时监测和控制,设计了一种基于单片机的温度采集系统;系统采用ATS52单片机进行控制,利用DS18B20温度传感器进行温度检测,并通过串口通信将采集的温度传送至PC机;采用VB6.0软件设计了上位机的实时监测界面,根据温度值绘制实时曲线,并在每一段时间结束后进行数据统计计算,根据此段时间的平均温度给出提示信息,从而对温度进行及时调节;试验结果表明,系统设计电路简单,成本低廉,能较好地显示出实际环境温度,且反应迅速,可以应用于很多温度检测领域。

关键词:ATS52单片机;温度传感器;数据采集;串口通信;VB6.0

中图分类号:TP274

文献标识码:A

文章编号:1001-2257(2011)02-0065-03Abstract:Inordertorealtimemonitoringandcontrollingfortheindoortemperatureofafarm,atemperatureacquisitionsystembasedonsingle-chipisdesigned.ThesystemuseAT98S52single-chiptocontrol,andtakesDS18B20temperaturesensortocollecttemperature,andsentthetemper󰀁aturevaluetotheupperPCthroughserialcommu󰀁nication.Therealtimemonitoringinterfaceisde󰀁signedbyVB6.0software,therealtimecureisdrawnaccordingtothetemperature,andstatisticalcalculationisdoneaftereverygiventime,andthepromptmessageisgivenbasedontheaveragetem󰀁perature,andthetemperaturecanbeadjustedtime󰀁ly.Theexperimentresultsshowthatthedesignissimple,andhaslowcost,fastresponse.Itcan

收稿日期:2010-10-25

showtheactualambienttemperature,andcanbeusedinmanyareasoftemperaturedetection.

Keywords:ATS52single-chip;tempera󰀁turesensor;dataacquisition;serialcommunication;VB6.0

0󰀁引言

温度是一种基本的环境参数,在工业生产及生活中对其监测是一个重要的过程。某养殖场为了家禽的健康生长和预防瘟疫的发生,需要对养殖场室内的温度进行实时监测和控制,以保证家禽生存环境的合适温度,为此本文设计了一种基于单片机的温度采集系统。温度的测量有接触式和非接触式,前者需要感温元件和被测物体直接接触,往往产生滞后现象,后者则是通过接受被测介质发出的辐射来实现。本文实时温度采集系统利用DS18B20温度传感器采集温度,使用方便灵活,测试精度高。为了直观显示某一段时间内的温度变化状态,利用串口通信把采集的温度值传送至上位机,通过VB6.0软件设计监测界面,绘制温度曲线和显示数据统计,并根据此段时间内温度的平均值给出提示信息。

1󰀁系统总体框架设计

为了实现对室内温度的实时监测,同时由于所采集的数据量不很大,考虑到成本问题,本系统设计选用了ATMEL公司的ATS52单片机作为主控芯片,由于该芯片内含4kB的E2PROM,因而无需外加存储器,其电路简单可靠。该系统主要由3个模块组成:温度采集模块、温度显示模块和串口通信模块。用ATS52单片机的P0口作为作为数码管显示数据的输出口,由于P0口输出级为漏极开路电路,作为输出口时需要外接上拉电阻,本设计是

󰀂65󰀂 机械与电子!2011(2)自动控制与检测

基于ATS52单片机的温度采集系统设计

在P0口外接了一个10k󰀁的排阻。P0口连接了2个74HC373锁存器,用于对数码管进行位选和段选。P2.2口作为DS18B20温度传感器和单片机的温度数据传输口。P1口与发光二极管相连,用于温度信息的提示。系统的总体结构如图1所示。

用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值。

图1󰀁系统总体结构

图2󰀁DS18B20温度传感器工作原理

2󰀁温度传感器工作原理

2.1󰀁DS18B20温度传感器的特性

本设计采用的DS18B20温度传感器具有以下特性[1]:适用电压范围广(3.0~5.5V),在寄生电源方式下可由数据线供电;独特的单线接口方式;支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现组网多点测温;在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件机转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内;测温范围-55~+125∀,在-10~+58∀时的精度为#0.5∀;测量结果直接输出数字温度信号,以∃一线总线%串行传给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。

2.2󰀁DS18B20温度传感器的工作原理

DS18B20的工作原理[2-3]如图2所示。低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55∀所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在-55∀所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器

󰀂66󰀂3󰀁硬件电路系统设计

3.1󰀁单片机接口电路设计

单片机硬件接口电路结构如图3所示。系统主要功能是实现温度的采集和显示。温度的采集是通过DS18B20温度传感器的DQ引脚与单片机的P2.2口相连来实现;温度的显示通过数码管来显示当前的温度值,由于采集的温度只保留一位小数,且不大于100∀,因此只需连接3个数码管,为了对数码管进行控制,采用了2个74HC373锁存器对其实现位选和段选。系统设计要求当温度值在18~23∀范围内属于正常值,小于18∀及大于23∀时则需分别启动升温系统及制冷系统,通过与P1口连接的发光二极管给出提示信息。

图3󰀁单片机硬件接口电路结构

3.2󰀁串口电路设计

单片机是一种数字集成芯片[1,4],数字电路只有2种电平:高电平和的电平。单片机的输入输出为TTL电平,高电平为+5V,低电平为0V。计算机的串口为RS232电平,其中高电平为-12V,低电平为+12V。因此当计算机与单片机要通信时,需要加电平转换芯片,本设计中采用的转换芯片是MAX232。MAX232芯片有2路发送、接收接口,可任选一路,但需注意其发送、接收的引脚要对应。本系统设计中T2IN连接单片机的发送端TXD,PC机的RS232接收端RXD对应与T2OUT引脚相连;同时R2OUT连接单片机的接收端RXD,PC机的RS232发送端TXD对应与R2IN引脚相连。电平转换芯片与

机械与电子!2011(2)

基于ATS52单片机的温度采集系统设计

自动控制与检测

串口的电路如图4所示。

图4󰀁串口通信电路

4󰀁软件系统设计

4.1󰀁单片机系统程序设计󰀁󰀁单片机系统程序流程如图5所示。程序采用C51进行编程,DS18B20获取温度并转换,然后通过数码管显示温度。由于串口传输数据时只能采用字符送至上位机

[5]

图7󰀁温度监测界面

5󰀁结束语

系统通过上位机和下位机的串口通信获得了良好的温度显示效果,其抗干扰能力强,对环境要求也不高。通过软件编程实现了实时绘图,能直观、方便地对室内温度作出及时有效的处理。该系统设计的人机界面实现了温度信息的内部形式与操作者可以接受形式之间的转换,不仅能实时显示环境温度,也方便工作人员对温度进行及时有效的控制。试验表明:温度采集系统能较好显示出实际环境温度,使用方便,满足养殖场对室内温度监测的要求,既节省了劳动力,又提高了经济效益;同时系统反应迅速,稳定性好,可以应用于很多温度检测领域。参考文献:

[1]󰀁郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京:电子

工业出版社,2009.

[2]󰀁魏英智.DS18B20在温度控制中的应用[J].煤矿机械,

2005,18(3):92-93.

[3]󰀁朱品昌.晶片氧化工艺高温炉动态温度巡踪仪设计

[J].机械与电子,2007,(11):28-30.

[4]󰀁吴󰀁永.基于网络的单片机多点温度采集系统的设计

[J].计算机测量与控制,2010,18(4):959-960.

[5]󰀁王建勋,周青云.一种基于I2C总线的多点温度测量系

统[J].机械与电子,2008,(6):54-57.

[6]󰀁马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设

计[J].计算机测量与控制,2002,10(4):278-280.

[7]󰀁KangJianli,WuZhiqian.Methodsofdatafittingand

graphdrawinginVisualBasic[J].ComputerandAp󰀁pliedChemistry,2009,26(6):763-766.

[8]󰀁李󰀁蓓,王红卫.温度采集与控制系统的设计[J].电子

设计工程,2009,17(11):37-39.

[9]󰀁罗朝胜.VisualBasic6.0程序设计基础教程[M].北

京:人民邮电出版社,2005.

作者简介:陈立兵󰀁(1985-),男,四川遂宁人,硕士研究生,

研究方向为机电系统设计理论与方法;樊瑜瑾󰀁(1962-),男,云南昆明人,教授,硕士研究生导师,研究方向为自动控制技术,CAE及计算机模拟技术。

,因此

在单片机中需要对数据进行处理,把浮点型数据转换成字符传送。

图5󰀁系统程序流程

温度采集子程序流程

如图6所示。DS18B20工作过程一般遵循以下协议[6]:初始化&ROM操作命令&存储器操作命令&处理数据。

图6󰀁温度采集子程序流程

4.2󰀁上位机软件系统设计

上位机采用VB6.0作为编程软件开发温度曲线的实时绘制和数据统计[7-8]。通过串口传输过来的温度值为字符型数据,故而需要把数据转换为浮点型。为了把采集的温度值绘制成一条实时曲线,每次只取最近采集的100个数据,这样界面就可以动态绘制出这100个温度值的曲线图。每次绘制完曲线后对它们进行统计计算,然后根据温度的平均值给出提示信息,当前值为实时温度值。为了对数据进行有效的管理,采用了VB6.0中的顺序文件[9]把采集的数据以文本格式存储起来。温度的监测界面如图7所示。

机械与电子!2011(2)󰀂67󰀂