基于AT89C51单片机为核心的多路温度采集系统电路设计

置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：

在多路温度采集电路设计系统中，传统的模拟信号远距离测温系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行A/D转换，一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案。采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制。且该芯片的物理化学性很稳定，元件线形较好。其测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。热敏电阻的精度较差为±2°C。新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多路温度的测量。轻松的组建温度传感器网络。 2.3 控制部分

方案一：

此方案采用PC机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。需要通过RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，这不利于工作。

方案二：

此方案采用AT89C51八位单片机实现。AT89C51的时钟为12M，I/O口可达32个，高的时钟频率和丰富的I/O，都为实现电路功能提供了非常有利的条件。同时也AT89C51内含4KB FLASH ROM，开发环境友好，易用、方便，大大加快本系统设计开发。使操作更为简洁、易懂。实时显示电路的设计，使温度信息更迅速，直观地发布，这些都提高了系统的可行性。而且单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多路DS18B20

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基于AT89C51单片机为核心的多路温度采集系统电路设计

控制工作。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。 2.4 系统方案

综上所述,温度传感器以及主控部分都采用第二方案。

系统设计采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想,用DS18B20和AT89C51单片机一起组成了温度采集系统。DS18B20是在分立式温度采集模块上发展而来的集温度传感器和A/D转化于一体的芯片，该芯片能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9-12位的数字值读数方式。AT89C51单片机可以分别在 93.75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根I/O口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。同时其“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。系统主要包括三大模块：控制模块、温度采集模块、温度显示模块、报警模块等。

采用系统总方案如下图1：

电源 图1系统总方案图

（1） 控制模块功能：

控制模块在系统的功能是控制温度采集模块完成温度采集并将采集到的温度读入控制模块的数据寄存器，再将从温度采集模块读取的温度数据写入显示模块并控制显示模块完成温度的显示。

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（2） 温度采集模块功能：

温度采集模块的主要功能是通过温度传感器感应温室温度并转化成模拟信号，通过转化模块将模拟信号转化成数字信号，并存取温度数据。

（3） 温度显示模块功能：

温度显示模块的主要功能是在控制模块的控制下将控制模块写入的数据显示在液晶屏上，便于读取温度数值。

（4） 报警模块功能

与设定的报警温度上下限比较，超过限度后通过扬声器与灯光报警。同时处理后把报警的方向的信息送到LCD1602中显示出来。 2.5 系统设计原理

利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警上下限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LCD1602中显示。

3 硬件的设计

本文已经在前面提出多路温度检测系统的设计的关键在于温度采集部分和系统主控单元部分的设计。因此系统硬件的选择主要就是温度传感器主控单片机的选择。 3.1 单片机的选择

所谓单片机(m1crocontroller)是指在一个集成芯片中，集成微处理器 (CPU)、存储器、基本的I/O接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。世界上最早的单片机是1974年美国仙童公司研制的F8单片机，但其中最具典型性的当数Intel公司的MCS-51系列单片机。

因此，在本课题设计的多路温度采集设计系统中，采用单片机实现温度的控制。在单片机选用方面，因为MCS- 51系列单片机拥有基于复杂指令集（CISC）的单片机内核，虽然其速度不快，12个振荡周期才执行一个单周期指令，但其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性能非常强大。51系列的内部硬件预设，可用特殊功能寄存器对其进行编辑。所以，本系统中的单片机选用INTEL公司生产AT89C51芯片，AT89C51单片机是INTEL公司新近推出的高档型MCS- 51系列单片机中的增强型产品，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造。片上Flash允许程序存储器在系统可编程（ISP），亦适于常规编程器。

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基于AT89C51单片机为核心的多路温度采集系统电路设计

3.1.1 AT89C51单片机的功能特点

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。片内含4K bytes可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes随机存取数据存储器（RAM）。兼容标准MCS-51指令系统，片内置8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，能灵活应用于各种控制领域。

AT89C51主要性能参数： 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128×8位内部RAM 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道

低功耗的闲置和掉电模式

片内振荡器和时钟电路

3.1.2 AT89C51单片机的引脚说明

在外部结构上，AT89C51单片机和MCS－51系列单片机的结构相同，有三种封装形式，分别是PDIP形式、PLCC形式、TAFP形式。其中，常用的为PDIP形式，其40针脚按其功能可分为3部分：I/O口线（P0~P3），控制线(ALE、EA、PSEN、RST)，电源及时钟(GND、VCC、XTAL1、XTAL2) 。其PDIP封装，40针脚形式如图2：

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