一種基于I2C總線驅(qū)動(dòng)的鍋爐溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 提出了一種基于I2C總線驅(qū)動(dòng)的鍋爐溫度測(cè)量系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，選用了I2C總線器件PCF8591實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，及I2C總線接口的E2PROM芯片AT24C01存儲(chǔ)溫度值。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換都是基于I2C總線的通信標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展，提高了鍋爐溫度測(cè)量的精度和抗干擾能力，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： I2C總線；單片機(jī)；鍋爐溫度

　單片機(jī)作為典型的嵌入式控制器，具有集成度高、處理功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、體積小、擴(kuò)展靈活等優(yōu)勢(shì)，在儀器儀表、家用電器、過程控制等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。鍋爐溫度是工業(yè)過程中最常見的工藝參數(shù)之一，其測(cè)量過程的抗干擾能力和測(cè)量值的精度是影響對(duì)鍋爐溫度控制效果的重要因素。為使系統(tǒng)更智能化，一般選擇單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心。但是，傳統(tǒng)的單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出以及各器件之間的數(shù)據(jù)傳遞大多采用并行的通信方式，這種數(shù)據(jù)交換方式占用了大量的I/O資源，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也因此變得復(fù)雜。同時(shí)大量的硬件連線也會(huì)帶來很多干擾因素，降低了鍋爐溫度值的測(cè)量精度。為了解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題，本文提出使用Philips公司推出的I2C總線（Inter Integrated Circuit Bus）標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，釋放了單片機(jī)I/O資源，也提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和抗干擾能力。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
　基于I2C總線的鍋爐溫度測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要由溫度傳感器及信號(hào)調(diào)節(jié)電路、A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器、液晶顯示、報(bào)警電路、存儲(chǔ)器電路等組成。系統(tǒng)首先通過溫度傳感器獲得鍋爐溫度值，調(diào)節(jié)電路把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為0~5 V的電壓值，標(biāo)準(zhǔn)電壓值送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并送入單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)將接收到的鍋爐溫度值存儲(chǔ)到非易失性的E2PROM，液晶顯示器1602將顯示鍋爐的實(shí)時(shí)溫度，單片機(jī)還將當(dāng)前鍋爐溫度與預(yù)先設(shè)定的溫度范圍進(jìn)行比較。當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度最大值或小于溫度極小值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。

　鍋爐溫度測(cè)量系統(tǒng)是基于I2C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，主要通信部件之間只需要兩條總線，一條是雙向串行數(shù)據(jù)線SDA，另一條是串行時(shí)鐘線SCL。AT89S51不具備I2C總線接口，本設(shè)計(jì)使用了兩個(gè)普通I/O口來模擬I2C標(biāo)準(zhǔn)中SDA和SCL的工作，圖2是測(cè)量系統(tǒng)I2C總線串行通信線路圖，系統(tǒng)的多個(gè)I2C器件全部通過SDA和SCL連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不同器件之間通過總線競(jìng)爭(zhēng)獲得數(shù)據(jù)交換的權(quán)利。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
　微控制器模塊使用AT89S51單片機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和控制顯示等功能，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的P1.0產(chǎn)生I2C總線中的SCL時(shí)鐘信號(hào)，P1.1模擬SDA數(shù)據(jù)信號(hào)線，進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳遞。SCL和SDA引腳內(nèi)部漏極開路，設(shè)計(jì)時(shí)要外加約5 ?贅的上拉電阻。系統(tǒng)的硬件電路如圖3所示。