一款温度检测与保护电路设计

摘要 提出了以Atmel公司的AT89S52单片机和Dallas公司的DS18B20单总线数字温度传感器为核心，可对多点的温度进行实时巡检的设计方案。各检测单元能独立完成各自功能，同时可根据下位机的指令对温度进行定时采集，测量结果不仅能在本地实时显示，且在越出警戒值时断开继电器;并在必要时可利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到上位机，同时进行存档、处理。

目前单片机被广泛应用于温度检测和温度控制中;同时单片机控制可控硅触发信号也成为今后发展趋势。因此，设计了基于Atmel公司的AT89S52控制系统和数字温度传感器DS18B20的温度测量进行现场温度采集。温度值既可送回主控PC进行数据处理，由显示器显示;也可由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，并对各点进行控制。下位机采用单片机基于数字温度传感器DS18B20系统。

1 方案论证

多点温度检测系统中，一般具有测量点多、布线分散、环境复杂等特点，如若选择普通的温度传感器，为了将最终的检测信号送回计算机处理，需要经过A/D转换电路和接口电路，才能将所检测到的模拟信号转变为数字信号，再加上复杂的环境、较远的传输距离等因素，使得多点温度检测系统的稳定性和可靠性较低。因此，设计了一种性能优良的多点温度检测系统，其关键是温度传感器和主控单元的选择与设计。

1.1 传感器选择

在先前的多点温度检测系统中，传统的温度传感器一般将所采集到的模拟信号作为信号源，在A/D转换后进行远距离的传输，这便导致了精度相对较低。本设计采用数字温度采集芯片DS18B20采集信号，直接输出数字信号，便于主控电路处理和控制，避免了传统温度传感器的缺点及复杂的外围电路。此外，DS18B20性能稳定，仅采用了单总线的数据传输，在0～100℃时，最大线形偏差<1℃，可用于工业测温系统。单片机AT89S52可直接带入多个DSB1820，因此可容易实现多点测量，轻松地组建传感器网络。

采用温度芯片DS18B20测量温度，可体现系统芯片化的趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。同时，集成块的使用，有效避免了外界干扰，提高测量电路的精确度，所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。

1.2 主控制模块设计

设计采用8位单片机AT89S52作为主控模块的核心器件。AT89S52芯片编程自由度大，可轻松实现各类算术算法和控制算法，且体积小、性能强大。可单独实现对多个温度芯片DS18B20的采集，并可控制继电器关断和风鸣器报警，轻松实现与电脑的互联通信。本设计采用主从分布思想，由一台PC机作为上位机，多点温度采集系统作为下位机，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统，以实现远程控制。

1.3 系统方案

系统硬件制作分为主控器和检测器两部分。本系统为典型的单片机检测应用系统，而原先采用的模拟式和数字式均无法实现系统中的所有功能。因此，本系统上述两部分硬件方案将采用智能式单片机系统。

检测器部分采用多个单总线数字式温度传感器DS18B20多点检测电路、放大器、A/D转换电路等模数组合复杂电路，主控器部分AT89S52自带看门狗功能、时钟电路、存储器及显示电路、报警和控制电路，以及与PC机的通信电路等。

2 硬件电路设计

2.1 温度测试电路

采用Dallas公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，芯片采用3引脚TO-92小体积封装形式。测温分辨率最高可达0.062 5℃，具有较高的精度，被测温度能够以16位数字量方式串行输出。

DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大幅提高了系统的抗干扰性，适合恶劣环境的现场温度测量。DS18B20的特点是单总线数据传输方式，其数据I/O均由同一条线来完成，硬件连接电路如图1所示。

2.2 温度实时显示电路

目前工业控制显示电路通常采用LED或LCD显示数字，而显示的过程也可简单归结于编程和译码的互逆过程。本设计考虑到现场温度将超过100 ℃，因此，采用了3个共阴极7段显示数码管。显示方式有动态扫描方式，即用一块CC4511芯片就可以完成显示功能。为确保突然停电时系统具备温度报警数据的记忆功能，应选用具备掉电保护数据特性的存储器，设计选用I2C串行芯片EEPROM24C16、CC4511BCD译码器输出，ULN2003达林顿芯片为位驱动扫描信号。

2.3 报警及控制SSR关断电路

保护电路主要是要求控制SGS系列小型交流固态继电器的关断，使进相器退出工作。SGS系列小功率单相交流固态继电器，为