基于单片机的多路温湿度检测系统设计
冉刚
摘 要：基于在工厂或企业，需要对多点进行温度监测，本文介绍了一种能巡回监测多路温度的设计，以数字温度传感器DSl8B20作为现场测温元件，以STC89C52单片机作为控制单元组成的可以对多路温度进行监测和控制的系统，给出了系统的硬件电路图和软件流程图。在系统中，数据的采集和控制都实现了数字化，能实现对各路温度的实时监控，并具有超限报警和指示功能。
关键词：单片机；串口；数字传感器DS18B20
中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0021-02
在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。针对目前市场的现状，本文提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。
1 系统总体设计
1.1 实现的要求及功能
基本目标：（1）测温范围：-55～+125℃。（2）温度测量误差：±0.5℃。（3）可修改温度的上下报警门限。
扩展目标：（1）支持上位机波形监测温度。（2）报警门限掉电不丢失。
1.2 主控芯片方案
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。从控制系统的大小和复杂度出发，必须考虑单片机的基本参数和增强功能。前者往往需要考虑芯片的速度，ROM容量，I/O引脚数量和工作电压（1.8V/3V/5V）等，后者则包括是否拥有看门狗，双指针，双串口，实时时钟，CAN接口，SPI接口，USB接口等附加模块。本设计中受控对象只有时钟芯片、液晶显示、和一些外围小模块，复杂度低，采用低端的通用的单片机芯片就能够满足要求。
1.3 显示方案
采用上位机来实现实时多路温度数据的显示和保存。成本最低，实现形式更丰富。
1.4 温度监控实现方案
采用DS18B20温度传感器，DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM，可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器。
2 系统硬件電路设计
2.1 系统总框架
本次设计的多路温度监测的核心部件是51单片机（如STC89C52），通过51单片机控制8路温度传感器DS18B20，从而实现多路温度的实时测量，并通过上位机监控和控制，上位机采用比较流行的G语言LabVIEW编程实现，和上位机通信采用主流的串口通信，简单易行，而且很可靠。本次设计的主要实现过程就是由51单片机发送命令给8路温度传感器DS18B20，再由温度传感器DS18B20反馈温度值和储存在DS18B20 EEPROM种的报警门限值给51单片机，然后由51单片机通过串口发送给上位机进行监控和数据保存，分析统计。
2.2 主控芯片STC89C52
MCS-51单片机是美国intel公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品。
2.3 温度传感器DS18B20电路设计
图1所示，（1）采用单总线的接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。（2）测量温度范围宽，测量精度高DS18B20的测量范围为-55℃～+125℃；在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。（3）供电方式灵活DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。（4）每个器件都有唯一的8字节（64位）光刻码（1字节CRC校验码+6字节序列码+1字节家族代码0x28），使得多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。
3 控制系统软件分析与设计
3.1 主程序流程介绍
控制系统主程序流程图2所示。（1）开始。上电，开机后，单片机会从内部地址0x0000处开始运行。（2）初始化包含如下模块的的初始化。单片机资源初始化，如定时器。串口初始化。设置与上位机通信的串口波特率。（3）读DS18B20温度传感器。目的是避免第一次转换，在LCD1602上显示85℃。传感器初始化上电时温度寄存器初值为0x0550（表示85℃）。（4）延时1s。等待单片机控制的各个模块上电稳定。（5）进入while（1）。进行死循环里运行程序。（6）串口接收服务程序。根据收到的一帧数据，来分别执行不同的动作，如设置每个温度传感器报警门限。（7）1s定时到，开始串口发送数据到上位机。
3.2 DS18B20温度读取程序
DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→暂存器操作指令→数据传输。
4 结语
本多路测温仪系统实用性强，能很好地巡回采集多路温度信息，并能及时传送给上位机，具有速度快、精度高、易扩展等优点。此系统所采用的传感器全为数字化芯片，大大简化了结构，降低了成本。
