基于单片机的浅海温度测量仪设计

　　1　温度测量仪的硬件设计

　　浅海温度测量仪主要由智能数字集成温度传感器DS18B20和AT89S51单片机控制器及屏蔽通信电缆组成。浅海温度测量仪总体结构图如图1所示。

　　1.1　DS18B20单线数字温度传感器简介

　　由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小,接口方便,传输距离远等特点。

　　DS18B20采用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其他I/O口线与微机接口,测温范围为-55℃~+125℃,测量分辨率为0.0625℃。DS18B20与单片机的连接有两种方法,一种是Vcc接外部电源,GND接地, I/O与单片机的I/O线相连;另一种是用寄生电源供电,此时Vcc、GND接地, I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电, I/O口线要接5kΩ左右的上拉电阻。DS18B20有六条RAM控制命令和五条ROM控制命令,具体说明如表1、表2所示。

　　单片机对DS18B20的访问流程是:先对DS18B20初始化,再进行ROM操作命令,最后才能对存储器及数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。在主机控制DS18B20完成温度转换这一过程中,根据DS18B20的通讯协议,必须经三个步骤:每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。

　　1.2　温度测量仪硬件电路设计

　　基于单片机的浅海温度测量仪主要以AT89S51作为控制核心,通过长距离屏蔽通信电缆对DS18B20进行读写操作。在长距离数据传送时,对DS18B20进行读写操作,尤其在进行写1时,由于DS18B20在启动写时序后的15~60μs的时间内必须采样单线,因为导线分布电容和DS18B20元件内部电容的影响,这个条件很难被满足。为了解决长距离通信电缆的导线分布电容及阻抗匹配,采用了三态门驱动电路以提高数据读写的可靠性,三态门器件可以采用74LS125,具体硬件电路示意图如图2所示。

　　为了能分析海水一定深度的温度梯度及海水的表面温度,设计在通信电缆总线上按需要每隔一段距离如10m或20m并接一个DS18B20。每一段节点的温度值可以通过DS18B20中的64位激光修正的只读ROM来定位。

　　由于系统所处的环境非常恶劣,抗干扰设计也是一项很重要的内容。为了减少电磁干扰对通信电路正常工作的影响,通信总线使用三芯屏蔽电缆,并对屏蔽层进行单点接地,将屏蔽层单点连接到控制器端的电源地上,DS18B20由专用的电源线提供电源。如果由于电磁干扰使单片机程序失控,AT89S51的看门狗定时器可以自动进行程序复位。为了同时显示多点温度数据,采用一块128*64的LCD作为温度测量仪的显示器模块,可以显示32个汉字或64个数字及英文字母,可以同时动态显示8个温度值。