【正文】 3） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形 如一只三極管的集成電路內(nèi)； 4）適應(yīng)電壓范 圍更寬，電壓范圍： ~； 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 5)DS18B20 不需要備份電源，既可用數(shù)據(jù)線供電，也可采用外部電源供電； 6）測量范圍為 55℃ ~+125℃，固有測溫分辨率為 ℃； 7）可編程的分辨率為 9~12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、 ℃和 ℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫； 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時(shí)可 傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有較強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； 9）警告搜索命令能識別和尋址溫度在編訂的極限之外的器件（溫度警告情況）； 10）應(yīng)用范 圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)類產(chǎn)品、溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)； 11） DS18B20 具有負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能 正常工作。 ☆測溫原理： DS18B20 的測溫原理如下圖所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器 的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 圖 DS18B20 測溫原理框圖 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) ☆相關(guān)控制接口介紹： 1）溫度傳感器 DS18B20 加電后，處在空閑狀態(tài)，要啟動溫度測量和模數(shù)轉(zhuǎn)換，處理器需要向其發(fā)出 Convert T[44h]命令，轉(zhuǎn)換完后 DS18B20 回到空閑狀態(tài)， 溫度數(shù)據(jù)以帶符號位的 16位補(bǔ)碼存儲在溫度寄存器中，如下圖所示。 圖 溫度寄存器格式 圖中符號位說明溫度是正值還是負(fù)值，正值時(shí) S=0，負(fù)值時(shí) S=1，表 1 給出了一些數(shù)字輸出數(shù)據(jù)與對應(yīng)的溫度值的例子。以 12位轉(zhuǎn)化為例：用 16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號位。例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃的數(shù)字輸出為 0191H， ℃的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。如下表所示。 表 DS18B20 中的溫度傳感器對溫度的測量值 2）非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH、 TL（ TH 和 TL分別為最主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 高和最低檢測溫度）作比較。若 T〉 TH或 T〈 TL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測量溫度并進(jìn)行告警探索搜索。一旦某測溫點(diǎn)越限，主機(jī)利用告警搜索命令即可識別正在告警器件。高低溫報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的 EEPROM 組成，使用一個(gè)存儲器功能命令可對 TH、 TL或配置寄存器 寫入。 液晶顯示器 LCD1602 LCD1602 是一種字符型液晶顯示模塊，專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用的有 16* 16* 20*2 和 20*4 行等的模塊。 ☆基本參數(shù)： LCD1602 的主要技術(shù)參數(shù)為： 顯示容量： 16*2 個(gè)字符 芯片工作電壓： ~5V 工作電流： （ ） 模塊最佳工作電壓： 字符尺寸： *（ W*H） mm ☆引腳功能說明： LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下表所示。 表 引腳接口說明表 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) ☆控制接口介紹： 1） LCD1602 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) LCD1602 具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動、閃爍等功能，與 MPU 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送可采用 8位并行傳輸或 4 位并行傳輸兩種方式。 LCD1602 不僅作為控制器，而且還具有驅(qū)動 40*16 點(diǎn)陣液晶像素的能力， LCD1602 內(nèi)部的自定義字符發(fā)生器 RAM(CGRAM)的部分未用位還可作為一般數(shù)據(jù)存儲器應(yīng)用。 2） LCD1602 與 MPU 接口信號 LCD1602 與 MPU 接口信號及其意義見下表。 表 接口信號表 3） LCD1602 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 控制電路主要由指令寄存器 (IR)、數(shù)據(jù)寄存器 (DR)、忙標(biāo)志 (BF)、地址計(jì)數(shù)器 (AC)、顯示數(shù)據(jù)寄存器 (DDRAM)、字符發(fā)生器 ROM(CGROM)、字符發(fā)生器RAM(CGRAM)和時(shí)序發(fā)生器等電路構(gòu)成。 MAX232 芯片 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通信口，所以單片機(jī)和 PC 機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通信。進(jìn)行串行通信時(shí)要滿足一定的條件， PC機(jī)的串口是 RS232電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，一般采用專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 MAX232 的引腳圖如下圖所示。 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 圖 MAX232 引腳圖 MAX232 內(nèi)部有電荷汞電壓轉(zhuǎn)換器，可將 +5V 電源變換成 RS232 所需的177。 10V電壓，以實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換，既符合 RS232 的要求，又可實(shí)現(xiàn) +5V 單電源供電；所以 MAX232 收發(fā)器電路給短距離串行通信帶來極大的方便。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖 MAX232 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 從圖中可以看出，其結(jié)構(gòu)基本可分為三個(gè)部分，即： 1）電荷泵電路 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 由 6 腳和 4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12V 和 12V 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道 由 1 1 1 14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（ R1IN）、12腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到 PC機(jī)的串行接口；串行口 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后 從 R1OUT、 R2OUT輸出。 3）供電 15 腳 DNG、 16 腳 VCC（ +5V）。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 基于 PC 傳輸?shù)臏y溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如下圖所示。主控制器采用單片機(jī)AT89C52，溫度傳感器采用 DS18B20，用 LCD1602 顯示模塊以及 RS232 串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)與 PC 機(jī)之間的通信。 圖 系統(tǒng)總體方框圖 下面介紹各個(gè)硬件模塊 AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng) ， 或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ， 是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng) 。 對 51 系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般 應(yīng)該包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路 。電路圖如下所示： 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 圖 AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 說明：復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì)，可知當(dāng)系統(tǒng)一上電， RST 腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來決定。典型的 52 單片機(jī)當(dāng) RST 腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位。這里 C 取 10u， R取 10K。當(dāng)然也有其他取法的 ,原則就是要讓 RC 組合可以在 RST 腳上產(chǎn)生不少于 2 個(gè)機(jī)周期的高電平 .至于如何具 體定量計(jì)算。 晶振電路，典型的晶振取 (因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到 9600 波特率和19200 波特率 ,用于有串口通訊的場合 )/12MHz(產(chǎn)生精確的 uS 級時(shí)歇 ,方便定時(shí)操作 )。 溫度采集電路 溫度采集電路通過溫度傳感器 DS18B20 采集被控對象的實(shí)時(shí)溫度，提供給 AT89C52 的 口作為數(shù)據(jù)的輸入，要想使 DS18B20 能夠進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O 線必須在轉(zhuǎn)換期間保證供電。 DS18B20 與 AT89S52 結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度 測量，有廣泛的應(yīng)用前景。 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 圖 溫度采集電路框圖 說明： DS18B20 溫度傳感器適應(yīng)電壓范圍寬，穩(wěn)定性很好，反應(yīng)也較快，測溫范圍為 55~ +125。該溫度傳感器的分辨率為 912 位，測溫精度高，因此本設(shè)計(jì)中選用了 DS18B20 采集實(shí)時(shí)溫度。在實(shí)際使用中電路簡單，無需其他的外圍器件。主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過初始化、 ROM 操作指令、存儲器操作指令這三個(gè)步驟。首先啟動初始化， DS18B20 開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值 在設(shè)計(jì)中使用默認(rèn)的 12 位轉(zhuǎn)換精度，外接供電電源，溫度數(shù)據(jù)的傳 輸 ,由于只有一根數(shù)據(jù)線 直接將數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的 口相連接，由單片機(jī)通過此數(shù)據(jù)線讀取數(shù)據(jù)。 溫度顯示報(bào)警電路 利用 LCD1602 對采集到的溫度實(shí)時(shí)顯示，并可通過兩個(gè)按鍵設(shè)定溫度范圍，當(dāng)采集溫度超出溫度范圍時(shí)， LED 燈變亮實(shí)現(xiàn)報(bào)警。 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 圖 溫度 顯示報(bào)警電路 框圖 說明：顯示電路選用字符型液晶模塊 1602，它是采用的 5*7 的點(diǎn)陣圖形顯示字符。根據(jù)顯示的容量可以分為 1行 16個(gè)字， 2行 16 個(gè)字， 2 行 20 個(gè)字等等。 在本設(shè)計(jì)中要顯示的溫度和其他字符可以滿足要求。這里采用總線式接口方式。 PC 機(jī)與單 片機(jī)通信接口電路 本設(shè)計(jì)采用 MAX232 作為 PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口芯片。硬件連接時(shí)，可從 MAX232 中的 2 路發(fā)送器和接收器中任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引腳對應(yīng)關(guān)系即可。接口電路如圖 所示。 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 圖 PC 機(jī)與單片機(jī)通信接口電路設(shè)計(jì)框圖 說明： AT89C52 單片機(jī)利用其 RXD 和 TXD 與外界進(jìn)行通信，其內(nèi)部有 2個(gè)物理上完全獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。所以單片機(jī)和 PC 機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。單片機(jī)串口有 3條引線： TXD(發(fā)送數(shù)據(jù) )、RXD(接收數(shù)據(jù) )和 GND(信號地 )。 DEM 方式，簡單三連線結(jié)構(gòu)。 IBM— PC 機(jī)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 RS． 232 串行口，其電平采用的是 EIA 電平，而 MCS51 單片機(jī)的串行通信是由 TXD(發(fā)送數(shù)據(jù) )和RXD(接收數(shù)據(jù) )來進(jìn)行全雙工通信的，它們的電平是 TTL 電平；為了 PC機(jī)與單片機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信，需要用電平轉(zhuǎn)換芯片，我們采用了 MAXIM 公司生產(chǎn)的專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì) AT89C52 是該系統(tǒng)的核心部分，控制著溫度的轉(zhuǎn)換以及讀取溫度的數(shù)值并轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)以及相 應(yīng)的 ASCII 值在 LCD1602 上進(jìn)行顯示，且通過 RS232 轉(zhuǎn) USB接線器供 PC 機(jī)讀取溫度值。其主要工作流程是初始化內(nèi)部部件以達(dá)到環(huán)境運(yùn)行要求，初始化 DS18B20 以及 LCD1602，讀取溫度值，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化傳送到 LCD1602 上進(jìn)行顯示，當(dāng)遇到中斷時(shí)，進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，檢查上主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) 位機(jī)是否向其請求發(fā)送數(shù)據(jù)，一旦檢測到正確的請求即將讀取的溫度數(shù)值按照一定的格式放到緩沖器中，只到數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，返回中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原函數(shù)。其MCU設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示。 圖 設(shè)計(jì)流程圖 DS18B20 模塊程序設(shè)計(jì) 1） S18B20 的工作過程 主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換過程中的協(xié)議為：初始化； ROM 操作命令；存儲器操作命令。 2）讀取 DS18B20 溫度程序代碼 void TemperatuerResult(void) 主從式溫度監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng) { p=id_buff。 ReadID()。//讀序列號 Config18b20()。//配置 18B20 Init18b20()。//18B20 初始化 WriteByte(0xcc)。//跳過序列號 WriteByte(0x44)。//溫度轉(zhuǎn)換 Init18b20()。//18B20 初始化 WriteByte(0xcc)。//跳過序列號 WriteByte(0xbe)。//讀取溫度值 p=temp_buff。 GemTemp()。//CRC 校驗(yàn) } 3）溫度采集流程圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要以 AT89C52 芯片為核心，它控制溫度