带实时日历时钟的温度检测系统设计

1 绪论

温度是一个基本物理量。温度的宏观概念是冷热程度的表示，或者说，互为热平衡的两物体，其温度相等。温度的微观概念是大量分子运动平均强度的表示。自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关，因此温度是工农业生产，科学试验以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物理量。另外温度是工业对象中主要的被控参数之一，像冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的检测问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

1.1 温度传感器的发展状况

传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置。简单说，传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以传感器由信号感受器和信号转换器组成，它能够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系统便于接收和处理的信号（如电信号和光信号），有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：

(a)传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。传统的分立式温度传感器—热电偶传感器。热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量，特殊的热电偶如金铁—镍铬，最低可测到-269℃，钨—铼最高可达2800℃。

(b)模拟集成温度传感器/控制器。模拟集成温度传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此又称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响

应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

(c)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。

1.2 课题研究的意义

随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高，且SOC智能温度传感器温度响应速度快，工作效率高，且所需外围电路简单，与单片机组成温度检测系统，具有明显的优势。温度是工业生产中常见并且十分重要的参数之一，特别是在冶金、石油、食品、印染等工厂中，由于不同的工艺所需的温度变化曲线各不相同，而现有的温度控制仪大多只能进行恒温控制。因此许多生产过程中加热、保温、降温以及自然降温等操作都是由人工操作的，这就不可避免地产生各种误差，进而影响产品质量，个别采用的温度自动控制系统由于造价较高、操作复杂等原因又限制了在中小企业的应用，因此研究和开发一种实用的温度检测系统成为当务之急。

1.3 课题设计特点及主要内容

课题的任务是应用单片机AT89C51及DS1629设计一套温度检测系统，实现对温度的测量及显示，并通过软件人为设定温度上下限.而且在温度超上限价或下限量有报警功能，系统以高性能/价格比的AT89C51为核心，完成对数据的分析、处理、显示、温度上下限设置、超限自动报警，采用I2C数字温度传感器DS1629来完成对温度的采样和转换。

在DS1629中，温度测量采用的是片上的温度测量技术，芯片可以通过编程配置为转换一次即保存转换结果，然后转到待命状态，也可以配置成连续转换的工作模式。智能温度传感器能输出9位的测温数据，测量范围是-55℃～+125℃。完成一次温度转换时间需要0.4S。一旦被测温度超过程序设定的温度阈值，或者时钟达到程序所设定的报警时间，漏极开路输出端就会发出报警信号，从而实现报警功能。

2 智能温度控制系统基本构成及工作原理

2.1系统的硬件构成

课题设计的硬件部分有单片机，32.768kHz晶振，DS1629,8只共阳极高亮度LED 数码管，使用4片75452反相驱动器和8个PNP型三极管8550作为位驱动，使用1片74HC573锁存段数据。系统结构如图2-1所示。

以下对各组成部件功能进行简单介绍：

89C51单片机用于对温度的采集，数据处理，存储温度上下限的控制。

DS1629是I2C数字温度传感器，输出方式为两线串行输出，主要作用是把温度值以数字形式输出和存储转换精度控制字。第三章将作出详细介绍，此处不做过多赘述。

按键用于系统功能的扩展。

晶振是为单片机提供工作脉冲。

数码管用于显示温度值。

图2-1

2.2 系统的软件构成

课题使用汇编语言编写程序，系统的软件由温度数据采集、数据处理、温度显示及等部分组成。AT89C51完成的功能主要是数据处理、数据分析、控制计算、进制转换、数据显示、按键处理等。温度采样和转换部分由DS1629来完成。首先，由温度传感器DS1629对温度进行采样和转换，将测量结果送给单片机，单片机将输入的温度值进行数据处理，并将温度值与设定的温度值上下限进行比较。根据比较结果进行相应的处理。若温度超限则报警部分报警，以便进行及时处理。

系统原理框图如图2-2所示：

图2-2 系统原理框图

3 智能温度控制系统硬件接口设计

本章主要介绍基于单片机的温度控制系统硬件总体设计，按照设计方案，整个温控系统硬件主要包括以下单元：温度采集、处理，温度超限报警等。温度控制的核心为温度的采集和处理，系统选用特别适用于编程及数据处理的单片机AT89C51，并通过89C51实现对其他各组成部分的编程控制。下面是核心原件的介绍：

3.1 数字温度传感器DS1629详述

3.1.1 DS1629简介

DS1629是达拉斯半导体公司1999年推出的2线制串行接口并带有日历和时钟的数字化温度计片，它将数字化温度传感器、实时时钟以及已做了YZK千年虫修正的日历集成在一块芯片上。DS1629通常可用于移动电话、工业控制、办公设备、数据采集和其它需要测温和定时控制的系统中。DS1629将两种功能集成在一块芯片上，这样，不但减少了外围元件数目和系统空间，而且还具有可编程、宽电压、低功耗等特性，可用于电池供电等低功耗系统中。

DS1629的引脚符号如图3-1所示，各引脚功能如表3-1所示

图3-1