目前檢測溫度一般采用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器。這種傳感器至儀表之間通常都要用專用的溫度補償導線，而溫度補償導線的價格很高，并且線路太長，會影響測量精度，這是直接以模擬量形式進行采集的不可避免的問題。在實際應用中，往往需要對較遠處的溫度信號進行監(jiān)視。為此，設計了一種用單片機與數(shù)字溫度傳感器集成的方案，它可以以更低的成本和更高的精確度實現(xiàn)溫度檢測。
l 系統(tǒng)綜述
系統(tǒng)硬件設計以Atmel公司的AT89S52單片機為核心，主要由電源電路、復位電路、晶振電路、串口通訊電路、溫度傳感器電路、12864液晶顯示電路、I2C存儲器電路以及按鍵輸入電路構成。溫度采集電路采用單總線數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)溫度采集，可設計為一路或多路；溫度存儲電路采用I2C接口E2PRPOM存儲芯片，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄；液晶顯示電路采用圖形點陣液晶顯示器，以實現(xiàn)溫度的即時顯示。同時配以鍵盤輸入電路，可以接收用戶指令輸入，隨時改變工作模式，或查詢任意時間的溫度數(shù)據(jù)。
2 硬件系統(tǒng)設計
硬件電路設計總體結構圖如圖1所示。由+5 V電源電路、手動復位電路、晶振電路(11．059 2 MHz)構成單片機最小系統(tǒng)，完成單片機的基本運行需求。串口電路用于通信，實現(xiàn)與主機的交互。溫度采集電路、1602液晶顯示電路、I2C存儲器電路為該設計的三個核心模塊，實現(xiàn)主要設計功能，同時實現(xiàn)按鍵輸入電路。
2．1 溫度采集電路設計
該設計采用Dallas公司生產(chǎn)的3引腳T0-T2小體積封裝溫度傳感器DSl8820。DSl820是美國Dallas半導體公司推出的第一片支持“單總線”接口的溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能，抗干擾能力強，易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號，供微機處理。
溫度測量范圍為-55～+125 ℃，可編程為9～12位A／D轉換精度，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出。測溫分辨率可達O．062 5 ℃，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，易于系統(tǒng)集成。多個DSl8820可以并聯(lián)到三根或兩根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DSl8820通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DSl8820非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。溫度傳感器電路圖如圖2所示。
2．2 I2C存儲器擴展電路設計
I2C總線(Inter Integrated Circuitbus)包括一條數(shù)據(jù)線(SDA)和一條時鐘線(SCL)，是單片機系統(tǒng)常用的總線結構。這種總線結構盡可能地節(jié)省了單片機I／O資源，為多路溫度采集保留了最大的擴展空間。
該設計中采用的存儲器AT24C16是Atmel公司生產(chǎn)的I2C接口E2PROM芯片。AT24C16中帶有片內尋址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的操作，且所有字節(jié)都以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8 B的數(shù)據(jù)。I2C存儲器電路圖3所示。
2．3 液晶顯示電路設計
液晶顯示電路采用1602帶字庫液晶實現(xiàn)。這一液晶模塊，接口功能明確，操作簡單，簡化了電路設計，自帶字庫極大地方便了顯示操作的實現(xiàn)。
3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)
系統(tǒng)軟件設計主要有兩項任務，是用于不間斷記錄溫度數(shù)據(jù)；二是用于接收用戶輸入，響應用戶指令。
溫度記錄程序中每隔固定時間間隔采集溫度數(shù)據(jù)，將溫度數(shù)據(jù)與當前時間一并記錄。若不擴展實時時鐘芯片，可用軟件方式，依據(jù)時間間隔計算轉換得到當前時間，避免使用時鐘芯片增加系統(tǒng)成本。對于用戶按鍵輸入，以外部中斷方式予以響應。
該設計中沒有采用操作系統(tǒng)，因此，多任務的調度是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關鍵之一。該設計沒有輸入中斷產(chǎn)生時，為普通單任務系統(tǒng)；中斷產(chǎn)生時，工作在多任務模式下。因此，中斷產(chǎn)生后，兩個任務模仿Linux操作，系統(tǒng)系多線程工作模式實現(xiàn)調度。
由于單片機工作頻率所限，加之溫度傳感器為單總線串行器件，讀／寫占用時間周期相對較長，因此系統(tǒng)應考慮環(huán)境溫度變化的劇烈程度。
4 結語
該設計可以實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集與長時間數(shù)據(jù)記錄，既可以單獨采樣其中任意一路，也可以實現(xiàn)多路同時采樣，同時可以與主機交互。該系統(tǒng)的整個運行過程在同一地點進行集中監(jiān)控，方便又節(jié)省人力，實現(xiàn)了溫度的采集、顯示、存儲于一體的集成記錄功能。設計使用的外圍元件較少。具有設計簡單，擴展靈活，功能較全面等特點。