大氣溫度" title="大氣溫度">大氣溫度的測(cè)量具有重要意義,， 一般是采用各種溫度計(jì)進(jìn)行人工測(cè)量,， 并定時(shí)記錄測(cè)量結(jié)果， 這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)工,， 十分不便,。本文提出了一種非常小巧的大氣溫度測(cè)量和記錄裝置， 能對(duì)范圍為- 55 ℃ ~ + 125 ℃ 的溫度進(jìn)行定時(shí)自動(dòng)測(cè)量,， 同時(shí)記錄測(cè)量結(jié)果,， 精度最高可達(dá)0. 0625℃ 。

2 系統(tǒng)原理

    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。系統(tǒng)主要由AT89C2051" title="AT89C2051">AT89C2051單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)和外圍電路構(gòu)成,。其基本思想是由串行時(shí)鐘芯片DS1306" title="DS1306">DS1306 提供時(shí)間基準(zhǔn)， 由溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量,， 溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS2433中,。AT89C2051單片機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。

    AT89C2051是一款低電壓,， 高性能的CMOS 8位單片機(jī),， 片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀F lash程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器( RAM) ， 器件采用ATMEL公司的高密度,、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),， 兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS- 51指令系統(tǒng),， 內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元， 功能強(qiáng)大的AT89C2051單片機(jī)可提供高性價(jià)比的應(yīng)用,。

    AT89C2051是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī),， 但它只有20個(gè)引腳， 15個(gè)雙向輸入/輸出( I /O )端口,， 其中P1是一個(gè)完整的8位雙向I/O 口,， 兩個(gè)外中斷口， 兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,， 兩個(gè)全雙向串行通信口,，一個(gè)模擬比較放大器。同時(shí)AT89C2051 的時(shí)鐘頻率可以為零,， 即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能,，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器,、串行口和外中斷口,， 系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中,， 片內(nèi)RAM 將被凍結(jié),， 時(shí)鐘停止振蕩， 所有功能停止工作,， 直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行,。


    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖茹圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    DS18B20是集成數(shù)字溫度計(jì) ,， 溫度測(cè)量范圍- 55℃ ~ + 125℃ ,， 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)0. 5℃ 、0. 25 ℃ ,、0. 125 ℃ ,、0. 0625℃ 四種不同的分辨率。其最大特點(diǎn)是通過(guò)一條數(shù)據(jù)線就可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)字通訊,。

    測(cè)量得到的溫度數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié),。DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1 -W ire， 即單總線器件,， 具有線路簡(jiǎn)單,， 體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng),， 具有線路簡(jiǎn)單， 在一根通信線上可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì),， 十分方便,。

DS18B20的特點(diǎn):

( 1)只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信,。

( 2)在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。

( 3)實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫,。

( 4)測(cè)量溫度范圍在- 55 ℃ 到+ 125 ℃ 之間,。

( 5)數(shù)字溫度計(jì)的分辨率可以從9 位到12位選擇。

( 6)內(nèi)部有溫度上,、下限告警設(shè)置,。

    DS2433是1-W ire存儲(chǔ)器， 容量為4k- B it ,，可存儲(chǔ)256個(gè)溫度數(shù)據(jù),。其采用EEPROM 工藝， 即使掉電,， 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失,。DS2433帶有一個(gè)由工廠刻度的注冊(cè)碼， 其中包括: 48位唯一序列碼,、8位CRC 校驗(yàn)碼和8位家族碼( 23h) ,， 還帶有4096位用戶可編程EEPROM。讀寫DS2433所需的電源完全取自于1-W ire通訊線,。存儲(chǔ)器分為16頁(yè),， 每頁(yè)256位。暫存器作為一個(gè)附加頁(yè)面,， 在寫存儲(chǔ)器時(shí)可用作緩沖器使用,。數(shù)據(jù)先被寫入一個(gè)暫存器中，在此對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn),。隨后采用復(fù)制暫存器命令將數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器中,。這一過(guò)程可保證修改存儲(chǔ)器內(nèi)容時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。PR- 35以及SO IC封裝提供了一種緊湊的結(jié)構(gòu),， 允許采用標(biāo)準(zhǔn)安裝設(shè)備在印刷電路板上安裝和連接器件,。

    由于1-W ire通訊的獨(dú)特特點(diǎn)， 即它們內(nèi)部都有一個(gè)64位注冊(cè)碼為每個(gè)器件提供了一個(gè)保證唯一的標(biāo)識(shí),， 確保每個(gè)器件的絕對(duì)可追溯性,， 當(dāng)有多個(gè)1-W ire器件同時(shí)掛接在總線上并聯(lián)形成本地網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 注冊(cè)碼可作為器件的節(jié)點(diǎn)地址使用,。數(shù)據(jù)按照1-W ire協(xié)議串行傳送,， 僅需一條數(shù)據(jù)線和一條地線。因此DS2433可與DS18B20掛接在同一條數(shù)據(jù)線上,， 通過(guò)它們內(nèi)部的識(shí)別碼進(jìn)行區(qū)分,， 這樣大大節(jié)省了數(shù)據(jù)連接線。

    整套系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是所使用的器件非常小巧,， 這樣有兩點(diǎn)好處:

( 1)系統(tǒng)體積小,， 可放置于狹小空間中并對(duì)該空間溫度進(jìn)行測(cè)量,。

( 2)系統(tǒng)功耗低， 可采用電池供電,， 因此可放置于野外環(huán)境進(jìn)行溫度測(cè)量,。測(cè)量結(jié)束后， 只需將存貯器取回并通過(guò)計(jì)算機(jī)接口讀取記錄即可,。

3 器件選擇

3. 1 小型化

    同AT89C52單片機(jī)相比,， AT89C2051因?yàn)槿サ袅薖0和P2口， 體積大大縮小,。DS1306為串行工作方式的時(shí)鐘芯片,， 較并行方式節(jié)省了大量I/O接口。

     溫度傳感器DS18B20輸出為數(shù)字量,， 無(wú)需進(jìn)行A /D轉(zhuǎn)換,， 就可由單片機(jī)處理。

3. 2 可擴(kuò)展性

     1-W ire單總線是Max im 全資子公司Dallas的一項(xiàng)專有技術(shù),， 與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通訊方式,，如SPI/ I2C /M ICROW IRE 不同， 它采用單根信號(hào)線,，既傳輸時(shí)鐘,， 又傳輸數(shù)據(jù)， 而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的,，它具有節(jié)省I/O口線資源,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉,、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等特點(diǎn),。

     因此， 根據(jù)實(shí)際需要,， 1- W ire總線上可掛接多個(gè)溫度傳感器和存儲(chǔ)器,， 能對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量并記錄更多數(shù)據(jù)。

4 通訊功能

    MAX232是由德州儀器公司( TI)推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片,。由于電腦串口RS232 電平是- 10V ~ 10V,， 而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0V ~ 5V， MAX232 就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,， 該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器,、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA /E IA - 232- F 電平。

    該器件符合T IA /E IA - 232- F標(biāo)準(zhǔn),， 每一個(gè)接收器將T IA /E IA - 232- F電平轉(zhuǎn)換成5- V TTL /CMOS電平,。每一個(gè)發(fā)送器將TTL /CMOS 電平轉(zhuǎn)換成T IA /E IA - 232- F電平。

    MAX232提供了單片機(jī)與PC 機(jī)的RS232通訊接口。上位機(jī)軟件可用V isua l B asic 6. 0 高級(jí)語(yǔ)言編寫,。VB6. 0提供了串口通訊控件,， 應(yīng)用這個(gè)控件，PC 機(jī)可以很方便地與單片機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行通訊,。

5 應(yīng)用實(shí)例

    圖2給出了軟件操作界面和數(shù)據(jù)處理情況。某天的溫度變化情況通過(guò)列表和曲線圖兩種方法給出,。由此可以掌握這一天的溫度變化規(guī)律,。

圖2 溫度數(shù)據(jù)處理界面圖

6 結(jié)束語(yǔ)

    從測(cè)量范圍、精度和測(cè)量實(shí)例上看,， 該系統(tǒng)可以用于對(duì)包括大氣溫度在內(nèi)的多種環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量和記錄,。

    未來(lái)的工作設(shè)想:

    ( 1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面: 單個(gè)DS2433只能存儲(chǔ)256個(gè)溫度數(shù)據(jù)， 可以換為存儲(chǔ)容量更大的存儲(chǔ)器或并行掛接多個(gè)DS2433,， 以一次性記錄更多的數(shù)據(jù),， 延長(zhǎng)測(cè)量周期;( 2)數(shù)據(jù)讀取方面: 目前采用的將存儲(chǔ)器取下讀取的方式還是顯得有些繁瑣， 可以設(shè)計(jì)手持式無(wú)線(如RF,、紅外,、藍(lán)牙等)接收裝置來(lái)獲取存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。如果是對(duì)野外環(huán)境進(jìn)行測(cè)量,， 可以利用移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(如目前新興的3G 技術(shù)) 進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,， 這樣就省去了科研人員的勞頓之苦。