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基于单片机的温度记录系统

时间：2010-06-07 10:23:08

关键字：温度基于单片机 BSP 温度采集

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[导读]介绍一种基于单片机和数字温度传感器的多路温度采集、记录系统的软、硬件实现方案。系统硬件设计以Atmel公司的AT89S52单片机为核心，选择高性价比元部件完成电路设计。通过数字温度传感器DSl820实现温度采集，以1602字库液晶实现数据实时显示，并将温度数值存储在I2C接口芯片AT24C16内。系统可以实现单路、多路温度的自动定时采集与保存。设计使用的外围元件较少，具有设计简单，扩展灵活，功能较全面等特点。

目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器。这种传感器至仪表之间通常都要用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线的价格很高，并且线路太长，会影响测量精度，这是直接以模拟量形式进行采集的不可避免的问题。在实际应用中，往往需要对较远处的温度信号进行监视。为此，设计了一种用单片机与数字温度传感器集成的方案，它可以以更低的成本和更高的精确度实现温度检测。

l 系统综述
系统硬件设计以Atmel公司的AT89S52单片机为核心，主要由电源电路、复位电路、晶振电路、串口通讯电路、温度传感器电路、12864液晶显示电路、I2C存储器电路以及按键输入电路构成。温度采集电路采用单总线数字温度传感器实现温度采集，可设计为一路或多路；温度存储电路采用I2C接口E2PRPOM存储芯片，以实现数据记录；液晶显示电路采用图形点阵液晶显示器，以实现温度的即时显示。同时配以键盘输入电路，可以接收用户指令输入，随时改变工作模式，或查询任意时间的温度数据。

2 硬件系统设计
硬件电路设计总体结构图如图1所示。由+5 V电源电路、手动复位电路、晶振电路(11．059 2 MHz)构成单片机最小系统，完成单片机的基本运行需求。串口电路用于通信，实现与主机的交互。温度采集电路、1602液晶显示电路、I2C存储器电路为该设计的三个核心模块，实现主要设计功能，同时实现按键输入电路。

2．1 温度采集电路设计
该设计采用Dallas公司生产的3引脚T0-T2小体积封装温度传感器DSl8820。DSl820是美国Dallas半导体公司推出的第一片支持“单总线”接口的温度传感器。它具有微型化、低功耗、高性能，抗干扰能力强，易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号，供微机处理。
温度测量范围为-55～+125 ℃，可编程为9～12位A／D转换精度，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。测温分辨率可达O．062 5 ℃，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，易于系统集成。多个DSl8820可以并联到三根或两根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DSl8820通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DSl8820非常适用于远距离多点温度检测系统。温度传感器电路图如图2所示。

2．2 I2C存储器扩展电路设计
    I2C总线(Inter Integrated Circuitbus)包括一条数据线(SDA)和一条时钟线(SCL)，是单片机系统常用的总线结构。这种总线结构尽可能地节省了单片机I／O资源，为多路温度采集保留了最大的扩展空间。
    该设计中采用的存储器AT24C16是Atmel公司生产的I2C接口E2PROM芯片。AT24C16中带有片内寻址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的操作，且所有字节都以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8 B的数据。I2C存储器电路图3所示。
2．3 液晶显示电路设计
    液晶显示电路采用1602带字库液晶实现。这一液晶模块，接口功能明确，操作简单，简化了电路设计，自带字库极大地方便了显示操作的实现。

3 系统功能实现
    系统软件设计主要有两项任务，是用于不间断记录温度数据；二是用于接收用户输入，响应用户指令。
    温度记录程序中每隔固定时间间隔采集温度数据，将温度数据与当前时间一并记录。若不扩展实时时钟芯片，可用软件方式，依据时间间隔计算转换得到当前时间，避免使用时钟芯片增加系统成本。对于用户按键输入，以外部中断方式予以响应。
    该设计中没有采用操作系统，因此，多任务的调度是系统功能实现的关键之一。该设计没有输入中断产生时，为普通单任务系统；中断产生时，工作在多任务模式下。因此，中断产生后，两个任务模仿Linux操作，系统系多线程工作模式实现调度。
    由于单片机工作频率所限，加之温度传感器为单总线串行器件，读／写占用时间周期相对较长，因此系统应考虑环境温度变化的剧烈程度。

4 结语
    该设计可以实现温度数据的采集与长时间数据记录，既可以单独采样其中任意一路，也可以实现多路同时采样，同时可以与主机交互。该系统的整个运行过程在同一地点进行集中监控，方便又节省人力，实现了温度的采集、显示、存储于一体的集成记录功能。设计使用的外围元件较少。具有设计简单，扩展灵活，功能较全面等特点。