公路温度采集存储器

曹金晓 桑运晓 刘同壮

摘 要：介绍了一种单片机控制的公路温度采集存储器，它包括温度采集、数据保存和显示三个部分。单片机通过温度传感器获取每个观测点的温度，进而将温度数据存储到存储器内。系统失电后存储器内的数据不能丢失，工作人员能够通过显示模块或串口通信模块获取温度数据。

关键词：温度存储；AT89C52；传感器；功耗

随着公路运输事业的蓬勃发展，交通运输朝着高速化、重型化的趋势发展。公路是交通运输的载体，随着货车载重重量的增加，将导致公路路面的加速破坏。长期以来，路面沥青层厚度变薄，从而削弱路面的承载能力，大大影响了公路的结构性和使用性，容易造成意外事故的发生。经相关研究人员分析得知，温度是破坏路面质量的首要因素，温度变化容易引起路面的变形，因此要想减小温度对沥青路面的影响，需要对公路路基的温度做详细的分析。我们可以将温度传感器放置在公路路基的不同深度，以获取不同深度的温度，然后对获取的温度值进行分析，寻找路面温度场以及公路路基的变化规律。

公路温度采集存储器是观测高速公路路面和路基温度的一种设备，在设计修筑高速公路之前和对高速的养护期间，可以有效记录所在观测点的温度变化情况，为高速公路的修建和养护提供科学的决策依据。本设备具有体积小、功耗少、精度高等优点。

1 系统整体结构

图1为温度采集系统的结构图，该系统包括单片机系统及外围电路、电源模块、键盘输入模块、串口通信模块、温度采集模块、数据保存模块、液晶显示模块、时钟模块和继电器模块。

其中，电源模块包括锂电池和电源转换电路，将锂电池电压转换为单片机及其他外围电路所需的电压等级。电源采用7.2V、7500毫安时的聚合锂电池，通过对系统功耗的控制，可以做到两个月内系统消耗锂电池的电量小于30%。

2 系统硬件设计

单片机系统：本系统的核心芯片是AT89C52单片机。该器件采用Atmel公司高密度、非易失性存储技术生产，是一种低功耗、高性能CMOS 8位微处理器。它内部有2个全双工串行口，3个16位可编程计数/定时器，32个双向输入输出口，8k byte的ROM和256位的RAM，程序调试简单方便。

溫度采集模块：本系统温度的获取采用数字温度传感器DS18B20。该芯片是一种具有单总线接口的数字温度传感器，它与单片机连接简单、抗干扰能力强、功耗低 、体积小。其硬件原理图如图2所示。DQ端引脚与单片机的P1.4口相连并接上4.7k的上拉电阻。

数据保存模块：本系统的数据保存模块采用IIC总线的AT24C系列EEPROM作为数据保存的芯片。负责保存温度采集模块一个月来采集到的数据，并且数据可以被单片机读出用于显示，其硬件连接如图2所示。其中数据线sda、时钟线sclk分别于单片机的P1.0和P1.1口相连接。

时钟模块：本系统的时钟模块用于给系统准确计时，并在特定的时间唤醒单片机来采集温度数据。实时时钟芯片用的是DS12C887，它的内部通过计数来获取时间信息，时间信息可以具体到年月日、时分秒和星期。时钟模块电路图如图2所示，DS12C887的MOD脚接低电平，该芯片的AD0至AD7端与单片机的P0口相接，IRQ端与单片机的INT0脚相接，时钟芯片在特定时间产生中断，唤醒休眠的单片机。

液晶显示模块：本系统采用LCD1602液晶显示屏来显示温度数据，它只能显示符号、字母、数字，是一种字符型液晶。LCD1602显示屏共有16个引脚，其中D0至D7为双向数据传输端口，第5引脚R/W控制脚决定数据传输的方向，E为使能信号，RS为命令/数据选择引脚。显示屏的电路图如图4所示，它的D0至D7端口与单片机的P0口相连。

继电器模块：继电器模块连接单片外围芯片和电源之间，，当单片机处于休眠状态时，继电器断开外围器件的电源端，可有效降低系统功耗；当系统需要获取温度信息时，单片机会发出相关信号使继电器吸合，进而外围器件得以正常运转。

3 软件设计流程

图5描述了本系统的工作流程。单片机在初始化后，系统就进入了休眠状态，单片机首次上电后继电器线圈仍然处于失电状态，外围器件电源端引脚没有与系统电源连接，此时电源只给时钟芯片和单片机供电。

如果工作人员按下与单片机外部中断1引脚相连接的按键，单片机即被中断信号唤醒，继电器外围器件得电，以使外围器件都与系统电源连接，并让器件做出相应响应。

工作人员处理完数据后单片机重新进入休眠状态。在每天定时采集温度的时间到来时，时钟芯片产生中断信号，单片机通过外部中断0被唤醒，继电器线圈得电，以使系统电源给外围器件供电，然后采集温度数据，并将数据保存到EEPROM中。

4 结语

本文利用单片机设计了公路温度采集存储系统，介绍了硬件和软件的具体设计方法。

由于本系统用在野外无人值守的场合，所以对功耗要求比较严格，本系统采用各种办法来减少功耗。DS18B20的上拉电阻选择是本系统着重关注的问题，由于导线很长，所以需要通过实验选出最佳上拉电阻值。

参考文献：

[1] 胡汉才.单片机原理与接口技术[M].清华大学出版社，1996.

[2] 谭永宏.单片机原理与开发技术[M].国防科技大学出版社，2011.

[3] 郭天祥.新概念51单片机才C语言教程—入门、提高、开发、扩展全攻略[M].电子工业出版社，2010.

[4] 钱显毅.电子电路设计[N].科技时报，2009.