引言随着“信息时代”的到来,作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个的重要标志之一。因此,了解并掌握传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了红外抄表系统。文中把传感器理论与单片机实际应用有机结合,详细地讲述了利用温度传感器 DS18B20 测量环境温度,以及实现红外数据传输的过程。本设计应用性比较强,只要对电路部分稍加改装,就可以实现抄读其它的数字仪表设备:如数字电度表,数字水表等等。设计后的系统具有操作方便,控制灵活等优点。其主要功能和指标如下: 1、利用温度传感器( DS18B20 )测量某一点环境温度; 2、测量范围为- 55℃~+ 99℃,精度为± ℃; 3、用 4位数码管进行显示实际温度值显示; 4、手持端通过红外发射管发射测温信号; 5、测温端通过红外发射管发送到手持端; 6、手持端可以随时查看指定待测物体的温度值。设计的核心是环境温度的测量以及红外数据的发射和接收,和温度的显示。文中对每个部分功能、实现过程作了详细地介绍。 1 方案选择该系统主要由温度测量和数据采集和发送三部分组成。下面列举两种实现方案: 方案一:温度检测可以使用低温热偶或铂电阻,数据采集部分则使用带有 A/D 通道的单片机。考虑到一般的 A/D 输入通道都只能接收大信号,所以还要设计相应的放大电路。而模拟信号在长距离传输过程中,抗电磁干扰是令人伤脑筋的问题。此方案的软件简单,但硬件复杂,且检测点数追加时,各敏感元件参数的不一致性,都将会导致误差的产生,难以完全清除,而且成本会有较大增长幅度。方案二:使用单片机和数字式单总线温度传感器构成。其具有下列特点:①具有高的测量精度和分辨率,测量范围大; ②抗干扰能力强,稳定性好; ③信号易于处理、传送和自动控制;④便于动态及多路测量,读数直观;⑤安装方便,维护简单,工作可靠性高。单总线温度传感器可以采用 DALLAS 公司生产的 DS18B20 系列,这类温度传感器直接输出数字信号,且多路温度传感器可以挂在 1条总线上,共同占用单片机的 1个I/O 口即可实现。在提升单片机 I/O 口驱动能力的前提下,理论上可以任意扩充检测的温度点数。比较两个方案后可以发现,方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要 A/D ,但考虑到系统扩充等因素,单片机可以选用 AT98C2051 。 2 硬件部分采用方案二的硬件设计比较简单,系统构成如图 1所示。图1 温度测试系统和手持接收系统组成框图 DS18B20 介绍 DALLAS 公司的 DS18B20 单总线数字传感器工作温度范围是-55 ℃~125 ℃,在-30 ℃~85℃范围内温度测量精度为±℃;具有温度报警功能,用户可设置最高和最低报警温度,且设置值掉电不丢失;采用 DALLAS 公司特有的单总线通信协议,只用一条数据线就可实现与 MCU 的通信;此外, DS18B20 能够直接从数据线获得电源,无需外部电池供电。 DS18B20 通过使用在板( on_board )温度测量专利技术来测量温度。其温度测量电路是通过计数时钟周期来实现的, DS18B20 有两个温度系数振荡器,温度测量时对高温度系数振荡器产生的门开同期内,低温度系数振荡器经历的时钟周期的个数进行计数而得到的。 DS18B20 数字温度传感器提供 9位(二进制)温度读数,指示器件温度,所以无需 A/D 转换。信息经过单线接口送入 DS18B20 或从 DS18B20 送出,因此从主机 CPU 到 DS18B20 仅需一条线连接,而且 DS18B20 的电源可由数据线本身提供(相对于外部电源, 转换时间要延长)。因此每一个 DS18B20 在出厂时已经给定了唯一的序号因此从理论上说任意多个 DS18B20 可以连接在一条单线总线上。 DS18B20 的测量范围从-55 ℃到 DS18B20 数码管红外发射红外接收 AT89C51 红外接收红外发射按键数码管 AT89C51 AT89C51 DS18B20 +125 ℃,增量为 ℃(最高精度可达 ℃),转换速度小于 1s(典型值)。而在本遥测系统中采用外部电源供电温度测量工作方式,其中电阻 R是上拉电阻, 使得单线总线的空闲状态是高电平。它与 CPU (AT89C51 )的接法如图 2。 5VR地图2 DS18B20 与单片机的连接由于 DS18B20 只有一根数据线。因此它
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