室內溫度檢測與調控系統設計

摘要：介紹了以DS18B20基礎設計室內溫度檢測與調控系統的基本過(guò)程，該系統以AT89C52單片機為主控器，采用單線(xiàn)多點(diǎn)檢測技術(shù)，在一條總線(xiàn)上掛接5個(gè)DS18B20溫度檢測點(diǎn)，并循環(huán)檢測讀取各檢測點(diǎn)溫度數值，可根據實(shí)際情況設定閾值，當其中任意3個(gè)檢測點(diǎn)的溫度均超過(guò)閾值時(shí)，實(shí)施超溫告警及自動(dòng)溫度調節功能，實(shí)驗測試結果達到了預期的設計目標。該系統改進(jìn)了一般溫度檢測裝置單點(diǎn)測試及只測溫而不能調節溫度的缺陷，可應用于對環(huán)境溫度要求嚴格的病房、居室、辦公室、小型倉庫等場(chǎng)所。
關(guān)鍵詞：溫度檢測；單線(xiàn)多點(diǎn)檢測；報警；溫度調節

目前溫度檢測與自動(dòng)調節技術(shù)在生產(chǎn)、生活中可應用的領(lǐng)域非常多，大到工礦企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)的環(huán)境溫度監控，小到一般居室的室內溫度檢測與調節控制。這些不同的應用形式在溫度檢測方式、精度要求、信息傳輸，控制方式等方面存在著(zhù)諸多的不同，但系統的基本設計思想大致相同，均是按照溫度數據采集、數據傳輸、數據分析、溫度調節控制的基本工作順序來(lái)規劃的。本文就是在這種思路引導下，提出了一種以智能數字溫度傳感器DS18B20和單片機AT89C52為基礎，可在室內場(chǎng)所(如居室、辦公室、小型倉庫)使用的多點(diǎn)溫度檢測與自動(dòng)調節系統設計方案。

1 系統硬件設計
室內溫度檢測與調控系統的基本功能要求是：能夠實(shí)時(shí)檢測并顯示室內的環(huán)境溫度，并可根據用戶(hù)要求設定溫度閾值，當室內溫度在所要求的正常范圍內時(shí)，系統將采集到的溫度數據實(shí)時(shí)顯示，在監測到的環(huán)境溫度超過(guò)閾值時(shí)，系統發(fā)出告警提示并開(kāi)啟溫度自動(dòng)調節開(kāi)關(guān)，控制溫度調節設備實(shí)施環(huán)境溫度自動(dòng)調節。根據以上要求，構建系統結構如下圖1所示。

在此次系統設計過(guò)程中，溫度傳感器選擇DALLAS公司生產(chǎn)的智能數字溫度傳感器DS18B20。該傳感器因具有的功能集成化、輸出信號數字化，控制簡(jiǎn)單化等特點(diǎn)而廣泛應用于溫度檢測系統的設計中。在0～100℃時(shí)，DS18B20最大線(xiàn)形偏差小于1℃：有效的測溫范圍為-55～+125 ℃；編程實(shí)現9～12位的數字值讀數方式，測溫分辨率為0．062 5℃；被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出。
DS18B20將地址線(xiàn)、數據線(xiàn)、控制線(xiàn)合為1根雙向串行數據的信號線(xiàn)，并允許在這根信號線(xiàn)上接多個(gè)DS18B20；可由單片機處理及控制，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或兩根線(xiàn)上，處理器只需1根端口線(xiàn)就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線(xiàn)和邏輯電路，所設計電路簡(jiǎn)潔，抗干擾性能強；其工作電源既可在遠端引入，也而采用寄生電源方式產(chǎn)生。
系統控制器采用AT89C52 8位單片機，該單片機軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現簡(jiǎn)單，安裝方便，可以單獨實(shí)現對多個(gè)DS18B20控制工作。
1．1 溫度數據采集
由于室內環(huán)境溫度受光照、儲物密度、人流量等因素的影響較大，為了保證測量數據的準確性和調節控制功能執行的有效性，在實(shí)現溫度數據采集時(shí)采用多點(diǎn)檢測方式，即通過(guò)在室內布設多個(gè)溫度檢測點(diǎn)，由各檢測點(diǎn)將采集到的數據送往系統控制器分析比較，當5個(gè)檢測點(diǎn)中有3個(gè)以上的檢測結果超過(guò)閾值后，認定當前環(huán)境溫度超限，實(shí)施告警和調節控制功能。根據以上要求設計的溫度采集模塊結構如下圖2所示。

溫度數據采集模塊中DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數據總線(xiàn)上掛256個(gè)DS18B20，但實(shí)踐中發(fā)現．如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。另外單線(xiàn)長(cháng)度也不宜超過(guò)80 m，否則也會(huì )影響到數據的傳輸。在這種情況下，可以采用分組的方式，用單片機的多個(gè)I／O來(lái)驅動(dòng)多路DS18B20。在實(shí)際應用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I／O口線(xiàn)直接和電源相連，起到上拉的作用。

1．2 鍵盤(pán)控制模塊
由于在本系統中允許用戶(hù)按照實(shí)際要求設定溫度閾值，用戶(hù)可根據對室內環(huán)境溫度要求，設定所允許的最高或最低溫度參數，當環(huán)境溫度超此限度后，實(shí)施告警及自動(dòng)溫度調節功能。本系統中設置4個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，分別與單片機P1．0、P1．1、P1．2、P1．3口相連，分別實(shí)現手動(dòng)復位，閾值設定選擇、數值加、數值減等功能。