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摘 要：近年来随着我国信息化进程的加快，在很多大专院校、科研院所建设了大量的计算机、服务器机房。因此，在一个不大的空间区域内使用了大量的贵重设备，再加上与之配套的空调、试验平台等附属设备，整个机房就需要有几十个电源接插装置（即电源插座）。某些插座接点中通过的电流可能达到几十安培，甚至会更高。电线接点又是容易出现局部高温高热的，那么就需要一种监测系统，在那些平时难以看到、发生危险无法在第一时间察觉的地方，“替”机房的管理人员监视这些地点（例如暗藏的供电线路接头）。一旦发生危险情况，就可以及时准确的报告给机房人员，以保证能准确及时的处理危险状况。
关键词：单片机；温度；监测
一、系统硬件电路设计
1.系统硬件电路设计方案。DS1820的所有功能、操作均是在单片机控制下进行的，线上接有若干个DS 1820传感器，即可进行多点的温度采集.值得注意的是所有的命令码均以串行方式通过一线总线输出到DS 1820，读出的数字温度值也以串行方式输入到单片机，并存入数据缓存。根据DS 1820数字温度传感器的功能特点，选择一线总线的网络结构。该网络基于DS1820以及一线总线协议。本系统的硬件，主要由三个部分组成：基于AT89C51单片机及其外围电路的主机控制单元；DS 1820串行组成的一线总线型网络；LED数字显示及其驱动电路。
AT89C51单片机功能强、I/O口多、但是其内部的数据暂存存储器空间比较小，只有128个字节。而DS 1820的ROM码有64位，也就是说，记录一个ROM码要占据8个字节的数据暂存存储器空间，再加上用于搜索、温度值存储、指针等操作所必须额外分配的存储器空间。实际上AT89C51单片机内部已经没有多少富余了，在程序编写中发现，10个ROM码是能允许的最大值。哪怕再增加一个8字节的ROM码都必须使用扩展的片外RAM。考虑到本系统目前只计划应用在较小的机房中，监测点不多；同时，本设计的重点在于数字温度传感器及其一线总线技术的应用研究。因此，没有使用外扩RAM的方法来扩大一线总线网络的规模。相信，即便本系统由于某种原因需要对一线总线网络进行扩展，无论是选择单片机换型，或者选择外扩RAM，实现它们都应没有太大的障碍。
AT89C51具有4个I/O口，它们分别是P0口、P1口、P2口和P3口。利用其中的3个I/O口，与本系统其它部分连接，分别实现了不同的功能：P1口连接着由10个DS 1820传感器组成一线总线网络，还连接着用于显示单个DS 1820传感器ROM码的接口电路。P0、P2口连接着LED数字显示单元。P0口连接一片14引脚的反相门芯片7406，用于对6个LED显示灯的选择控制。同时，7406也起到了反向驱动器的作用。P2口连接两片14引脚的7407芯片，用于发送显示内容。同时7407也起到正向驱动器的作用。
最多由10片DS 1820组成的一线总线网络，由三条线连接。它们分别是电源线、数据传输线、共用地线。电源线根据DS1820的要求，使用5V的直流供电。在具体设计上可以和AT89C51使用同一个电压源。数据传输线直接连接在P1口的P1.5引脚上，对应着P1寄存器的P1.5数据位，因此主机对总线上的DS 1820的操作实际上就是对P1.5数据位的操作。所以在程序设计时需要注意这一点。
还有，就是出于对特殊情况的特别考虑，本系统设置了一个插口，用于读出某个DS 1820传感器ROM码。这个插口除了中间的引脚连接在AT89C51的P1.6引脚上，从硬件上说和一线总线网络的接口没有什么不同。但是从软件上来说，它专用于对单个DS 1820的ROM码读取。实际的设计上，作者在数据线上设置了一个切换跳线，当需要系统进行读 ROM码操作时，就将该引脚接上带5K左右上拉电阻的上拉电；需要系统转入正常的温度监测运行时，就将该引脚的数据传输线连至地线。
AT89C51通过对P1.6引脚的读和判断，就可以决定是转入读ROM操作还是运行温度监测。通过一个小小的切换跳线，就可以实现在两种功能之间方便地进行切换。这个跳线以及DS 1820插口都设置在主机的面板上，很便于使用。
2.LED数字显示及其驱动电路。LED显示器的工作情况有两种：一种是温度显示；另一种是ROM码显示。DS 1820测温范围上限是125℃，因此温度的十进制显示需要用3位；本系统总线上有10个DS 1820传感器的温度值需要显示，所以要显示系统为每个传感器自动分配的编号，必须设置2位显示；另外考虑到编号和温度的显示值紧挨在一起可能造成混淆，因此在它们之间还增加了分隔的一位。最终选择在这里设置了6位的LED显示。
当显示ROM码时，即使用十六进制显示，也最少需要显示16个十六进制数。因此设计上，只能是让6个LED从低位到高位逐个显示三次，如此才能全部显示完。考虑到人工记录需要时间，所以软件设计上采用无限循环的显示方式。要想中止显示ROM的操作，只要拔下待测的DS 1820，并且将切换跳线跳至测量温度运行模式即可。
二、主要元器件介绍
用微型计算机渗透到测试领域并得到充分发挥，是现代测试技术发展的必然趋势，也是目前作为智能仪表的设计的一般方法，目前市场上的单片机从数据总线宽度上来分主要有8位机、16位机、32位机，其中的32位单片机近年来在信号分析与处理、语音处理、数字图象处理等数字信号处理运用领域得到广泛的运用，但在工业测控现场，占主导地位的还是8位机和16位机，对本课题涉及的多路温度的监测，运用单片机的主要目的是构成一个具有一定判断、运算能力以及具有存储、显示、通信等功能的智能测量仪表，它所处理的信息量和复杂程度由于是温度因而用8位机已经足够了。目前，生产单片机的厂商有很多，尤其是近年来微电子技术、计算机技术的飞速发展，比较著名的有Intel，Philips，Microchip， Motorola，Zilog， Atmel等半导体企业。
由于采用智能化的数字温度传感器省去了A/D转换电路和信号放大电路等外围电路，只需要从一个I/O口引脚引出一条总线就可以连接数个传感器，构成一个多点检测系统。考虑到一般单片机I/O口的驱动能力，一条总线上能够搭载的传感器数量是有限的，传感器数量过多会导致丢失数据和误码的问题。原则上，一条总线上搭载的传感器数量，应以测试结果为依据。当检测点很多，超过一条总线的负载能力时，根据需要，还可以考虑从软件和硬件方面进行改进，以期总线上可以搭载更多的传感器。
另外，单片机内必须分配足够的存储器以存储DS 1820的ROM码。由于DS 1820的ROM码非常长（64位），因此将会占据很大的寄存器空间。如果占据的空间太大，就有必要为单片机设计外扩寄存器。在这里，出于方便开发的考虑，选用了经典的单片机AT89C51。
三、结论
通过介绍基于单片机和智能温度传感器的监测系统的一般工作原理以及应用，使用DS 1820的测温系统电路简单，应用方便灵活。在常温测量中有较大优势，应用前景广阔。如在工业、空调系统、智能楼宇等领域的温度测量中可以有广泛的应用。作为新型的通信协议，一线总线（1-Wire Bus）技术己经在很多方面表现出特有的优势，已经成为一种非常有发展潜力和广阔应用前景的通信协议。而智能化的数字温度传感器是传感器发展上的一次革命，将会给诸多领域的技术发展带来深刻的變化。
参考文献：
[1]单片机应用程序设计技术（修订版） 作者： 周航慈 著 出版社：北京航空航天大学出版社 2009.
[2]单片机语言C51程序设计 作者： 赵文博 刘文涛 出版社：人民邮电出版社 2015.
[3]单片微型计算机原理及其C语言程序设计 作者： 陈光东著 出版社：华中理工大学出版社 2014.
[4]单片机原理及应用技术（第2版） 作者： 李全利 出版社：高等教育出版社 2012.
关键词：单片机；温度；监测
一、系统硬件电路设计
1.系统硬件电路设计方案。DS1820的所有功能、操作均是在单片机控制下进行的，线上接有若干个DS 1820传感器，即可进行多点的温度采集.值得注意的是所有的命令码均以串行方式通过一线总线输出到DS 1820，读出的数字温度值也以串行方式输入到单片机，并存入数据缓存。根据DS 1820数字温度传感器的功能特点，选择一线总线的网络结构。该网络基于DS1820以及一线总线协议。本系统的硬件，主要由三个部分组成：基于AT89C51单片机及其外围电路的主机控制单元；DS 1820串行组成的一线总线型网络；LED数字显示及其驱动电路。
AT89C51单片机功能强、I/O口多、但是其内部的数据暂存存储器空间比较小，只有128个字节。而DS 1820的ROM码有64位，也就是说，记录一个ROM码要占据8个字节的数据暂存存储器空间，再加上用于搜索、温度值存储、指针等操作所必须额外分配的存储器空间。实际上AT89C51单片机内部已经没有多少富余了，在程序编写中发现，10个ROM码是能允许的最大值。哪怕再增加一个8字节的ROM码都必须使用扩展的片外RAM。考虑到本系统目前只计划应用在较小的机房中，监测点不多；同时，本设计的重点在于数字温度传感器及其一线总线技术的应用研究。因此，没有使用外扩RAM的方法来扩大一线总线网络的规模。相信，即便本系统由于某种原因需要对一线总线网络进行扩展，无论是选择单片机换型，或者选择外扩RAM，实现它们都应没有太大的障碍。
AT89C51具有4个I/O口，它们分别是P0口、P1口、P2口和P3口。利用其中的3个I/O口，与本系统其它部分连接，分别实现了不同的功能：P1口连接着由10个DS 1820传感器组成一线总线网络，还连接着用于显示单个DS 1820传感器ROM码的接口电路。P0、P2口连接着LED数字显示单元。P0口连接一片14引脚的反相门芯片7406，用于对6个LED显示灯的选择控制。同时，7406也起到了反向驱动器的作用。P2口连接两片14引脚的7407芯片，用于发送显示内容。同时7407也起到正向驱动器的作用。
最多由10片DS 1820组成的一线总线网络，由三条线连接。它们分别是电源线、数据传输线、共用地线。电源线根据DS1820的要求，使用5V的直流供电。在具体设计上可以和AT89C51使用同一个电压源。数据传输线直接连接在P1口的P1.5引脚上，对应着P1寄存器的P1.5数据位，因此主机对总线上的DS 1820的操作实际上就是对P1.5数据位的操作。所以在程序设计时需要注意这一点。
还有，就是出于对特殊情况的特别考虑，本系统设置了一个插口，用于读出某个DS 1820传感器ROM码。这个插口除了中间的引脚连接在AT89C51的P1.6引脚上，从硬件上说和一线总线网络的接口没有什么不同。但是从软件上来说，它专用于对单个DS 1820的ROM码读取。实际的设计上，作者在数据线上设置了一个切换跳线，当需要系统进行读 ROM码操作时，就将该引脚接上带5K左右上拉电阻的上拉电；需要系统转入正常的温度监测运行时，就将该引脚的数据传输线连至地线。
AT89C51通过对P1.6引脚的读和判断，就可以决定是转入读ROM操作还是运行温度监测。通过一个小小的切换跳线，就可以实现在两种功能之间方便地进行切换。这个跳线以及DS 1820插口都设置在主机的面板上，很便于使用。
2.LED数字显示及其驱动电路。LED显示器的工作情况有两种：一种是温度显示；另一种是ROM码显示。DS 1820测温范围上限是125℃，因此温度的十进制显示需要用3位；本系统总线上有10个DS 1820传感器的温度值需要显示，所以要显示系统为每个传感器自动分配的编号，必须设置2位显示；另外考虑到编号和温度的显示值紧挨在一起可能造成混淆，因此在它们之间还增加了分隔的一位。最终选择在这里设置了6位的LED显示。
当显示ROM码时，即使用十六进制显示，也最少需要显示16个十六进制数。因此设计上，只能是让6个LED从低位到高位逐个显示三次，如此才能全部显示完。考虑到人工记录需要时间，所以软件设计上采用无限循环的显示方式。要想中止显示ROM的操作，只要拔下待测的DS 1820，并且将切换跳线跳至测量温度运行模式即可。
二、主要元器件介绍
用微型计算机渗透到测试领域并得到充分发挥，是现代测试技术发展的必然趋势，也是目前作为智能仪表的设计的一般方法，目前市场上的单片机从数据总线宽度上来分主要有8位机、16位机、32位机，其中的32位单片机近年来在信号分析与处理、语音处理、数字图象处理等数字信号处理运用领域得到广泛的运用，但在工业测控现场，占主导地位的还是8位机和16位机，对本课题涉及的多路温度的监测，运用单片机的主要目的是构成一个具有一定判断、运算能力以及具有存储、显示、通信等功能的智能测量仪表，它所处理的信息量和复杂程度由于是温度因而用8位机已经足够了。目前，生产单片机的厂商有很多，尤其是近年来微电子技术、计算机技术的飞速发展，比较著名的有Intel，Philips，Microchip， Motorola，Zilog， Atmel等半导体企业。
由于采用智能化的数字温度传感器省去了A/D转换电路和信号放大电路等外围电路，只需要从一个I/O口引脚引出一条总线就可以连接数个传感器，构成一个多点检测系统。考虑到一般单片机I/O口的驱动能力，一条总线上能够搭载的传感器数量是有限的，传感器数量过多会导致丢失数据和误码的问题。原则上，一条总线上搭载的传感器数量，应以测试结果为依据。当检测点很多，超过一条总线的负载能力时，根据需要，还可以考虑从软件和硬件方面进行改进，以期总线上可以搭载更多的传感器。
另外，单片机内必须分配足够的存储器以存储DS 1820的ROM码。由于DS 1820的ROM码非常长（64位），因此将会占据很大的寄存器空间。如果占据的空间太大，就有必要为单片机设计外扩寄存器。在这里，出于方便开发的考虑，选用了经典的单片机AT89C51。
三、结论
通过介绍基于单片机和智能温度传感器的监测系统的一般工作原理以及应用，使用DS 1820的测温系统电路简单，应用方便灵活。在常温测量中有较大优势，应用前景广阔。如在工业、空调系统、智能楼宇等领域的温度测量中可以有广泛的应用。作为新型的通信协议，一线总线（1-Wire Bus）技术己经在很多方面表现出特有的优势，已经成为一种非常有发展潜力和广阔应用前景的通信协议。而智能化的数字温度传感器是传感器发展上的一次革命，将会给诸多领域的技术发展带来深刻的變化。
参考文献：
[1]单片机应用程序设计技术（修订版） 作者： 周航慈 著 出版社：北京航空航天大学出版社 2009.
[2]单片机语言C51程序设计 作者： 赵文博 刘文涛 出版社：人民邮电出版社 2015.
[3]单片微型计算机原理及其C语言程序设计 作者： 陈光东著 出版社：华中理工大学出版社 2014.
[4]单片机原理及应用技术（第2版） 作者： 李全利 出版社：高等教育出版社 2012.