1 引 言
大氣溫度的測量具有重要意義， 一般是採用各種溫度計進行人工測量， 並定時記錄測量結果， 這種方法費時費工， 十分不便。本文提出了一種非常小巧的大氣溫度測量和記錄裝置， 能對範圍為- 55 ℃ ~ + 125 ℃ 的溫度進行定時自動測量， 同時記錄測量結果， 精度最高可達0. 0625℃ 。
2 系統原理
系統結構如圖1所示。系統主要由at89c2051微控制器和外圍電路構成。其基本思想是由序列時鐘晶元ds1306 提供時間基準， 由溫度感測器ds18b20進行溫度測量， 溫度資料儲存在ds2433中。at89c2051微控制器負責整個系統的協調控制。
at89c2051是一款低電壓， 高效能的cmos 8位微控制器， 片內含2k bytes的可反覆擦寫的唯讀f lash程式儲存器和128 bytes的隨機訪問資料儲存器( ram) ， 器件採用atmel公司的高密度、非易失性儲存技術生產， 相容標準mcs- 51指令系統， 內建通用8位**處理器和flash儲存單元， 功能強大的at89c2051微控制器可提供高價效比的應用。
at89c2051是乙個功能強大的微控制器， 但它只有20個引腳， 15個雙向輸入/輸出( i /o )埠， 其中p1是乙個完整的8位雙向i/o 口， 兩個外中斷口， 兩個16位可程式設計定時計數器， 兩個全雙向序列通訊口，乙個模擬比較放大器。同時at89c2051 的時鐘頻率可以為零， 即具備可用軟體設定的睡眠省電功能，系統的喚醒方式有ram、定時/計數器、序列口和外中斷口， 系統喚醒後即進入繼續工作狀態。省電模式中， 片內ram 將被凍結， 時鐘停止振盪， 所有功能停止工作， 直至系統被硬體復位方可繼續執行。
ds18b20是整合數字溫度計 ， 溫度測量範圍- 55℃ ~ + 125℃ ， 通過程式設計可實現0. 5℃ 、0. 25 ℃ 、0. 125 ℃ 、0. 0625℃ 四種不同的解析度。其最大特點是通過一條資料線就可實現與微控制器的數字通訊。
測量得到的溫度資料長度為2個位元組。ds18b20數字溫度計是dallas公司生產的1 -w ire， 即單匯流排器件， 具有線路簡單， 體積小的特點。因此用它來組成乙個測溫系統， 具有線路簡單， 在一根通訊線上可以掛很多這樣的數字溫度計， 十分方便。
ds18b20的特點:
( 1)只要求乙個埠即可實現通訊。
( 2)在ds18b20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。
( 3)實際應用中不需要外部任何元器件即可實現測溫。
( 4)測量溫度範圍在- 55 ℃ 到+ 125 ℃ 之間。
( 5)數字溫度計的解析度可以從9 位到12位選擇。
( 6)內部有溫度上、下限告警設定。
ds2433是1-w ire儲存器， 容量為4k- b it ，可儲存256個溫度資料。其採用eeprom 工藝， 即使掉電， 儲存的資料也不會丟失。ds2433帶有乙個由工廠刻度的註冊碼， 其中包括: 48位唯一序列碼、8位crc 校驗碼和8位家族碼( 23h) ， 還帶有4096位使用者可程式設計eeprom。讀寫ds2433所需的電源完全取自於1-w ire通訊線。儲存器分為16頁， 每頁256位。暫存器作為乙個附加頁面， 在寫儲存器時可用作緩衝器使用。資料先被寫入乙個暫存器中，在此對其進行校驗。隨後採用複製暫存器命令將資料傳送到儲存器中。這一過程可保證修改儲存器內容時資料的完整性。pr- 35以及so ic封裝提供了一種緊湊的結構， 允許採用標準安裝裝置在印刷電路板上安裝和連線器件。
由於1-w ire通訊的獨特特點， 即它們內部都有乙個64位註冊碼為每個器件提供了乙個保證唯一的標識， 確保每個器件的絕對可追溯性， 當有多個1-w ire器件同時掛接在匯流排上併聯形成本地網路時， 註冊碼可作為器件的節點位址使用。資料按照1-w ire協議序列傳送， 僅需一條資料線和一條地線。因此ds2433可與ds18b20掛接在同一條資料線上， 通過它們內部的識別碼進行區分， 這樣大大節省了資料連線線。
整套系統最大的優點是所使用的器件非常小巧， 這樣有兩點好處:
( 1)系統體積小， 可放置於狹小空間中並對該空間溫度進行測量。
( 2)系統功耗低， 可採用電池供電， 因此可放置於野外環境進行溫度測量。測量結束後， 只需將存貯器取回並通過計算機介面讀取記錄即可。
3 器件選擇
3. 1 小型化
同at89c52微控制器相比， at89c2051因為去掉了p0和p2口， 體積大大縮小。ds1306為序列工作方式的時鐘晶元， 較並行方式節省了大量i/o介面。
溫度感測器ds18b20輸出為數字量， 無需進行a /d轉換， 就可由微控制器處理。
3. 2 可擴充套件性
1-w ire單匯流排是max im 全資子公司dallas的一項專有技術， 與目前多數標準序列資料通訊方式，如spi/ i2c /m icrow ire 不同， 它採用單根訊號線，既傳輸時鐘， 又傳輸資料， 而且資料傳輸是雙向的，它具有節省i/o口線資源、結構簡單、成本低廉、便於匯流排擴充套件和維護等特點。
因此， 根據實際需要， 1- w ire匯流排上可掛接多個溫度感測器和儲存器， 能對多個目標進行測量並記錄更多資料。
4 通訊功能
max232是由德州儀器公司( ti)推出的一款相容rs232標準的晶元。由於電腦串列埠rs232 電平是- 10v ~ 10v， 而一般的微控制器應用系統的訊號電壓是ttl電平0v ~ 5v， max232 就是用來進行電平轉換的， 該器件包含2個驅動器、2個接收器和乙個電壓發生器電路提供tia /e ia - 232- f 電平。
該器件符合t ia /e ia - 232- f標準， 每乙個接收器將t ia /e ia - 232- f電平轉換成5- v ttl /cmos電平。每乙個傳送器將ttl /cmos 電平轉換成t ia /e ia - 232- f電平。
max232提供了微控制器與pc 機的rs232通訊介面。上位機軟體可用v isua l b asic 6. 0 高階語言編寫。vb6. 0提供了串列埠通訊控制項， 應用這個控制項，pc 機可以很方便地與微控制器通過串列埠進行通訊。
5 應用例項
圖2給出了軟體操作介面和資料處理情況。某天的溫度變化情況通過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律。
6 結束語
從測量範圍、精度和測量例項上看， 該系統可以用於對包括大氣溫度在內的多種環境溫度進行測量和記錄。
未來的工作設想:
( 1)資料儲存方面: 單個ds2433只能儲存256個溫度資料， 可以換為儲存容量更大的儲存器或並行掛接多個ds2433， 以一次性記錄更多的資料， 延長測量週期;( 2)資料讀取方面: 目前採用的將儲存器取下讀取的方式還是顯得有些繁瑣， 可以設計手持式無線(如rf、紅外、藍芽等)接收裝置來獲取儲存器的資料。如果是對野外環境進行測量， 可以利用移動通訊網路(如目前新興的3g 技術) 進行資料的傳輸， 這樣就省去了科研人員的勞頓之苦。
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