【正文】 芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元 ， 51系列單片機還具有省電耐用，可多次編程，性能穩(wěn)定，物美價廉的優(yōu)點，其次單片機軟件編程的自由度大，可通過編程實現各種各樣的算術算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現簡單，安裝方便。既可以單獨對多 DS18B20 控制工作，還可以與 PC機通信 .運用主從分布式思想，由一臺上位機（ PC微型計算機），下位機（單片機）多點溫度數據采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng) ,實現遠程控制。另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用，編程技術及外圍功能電路的配 合使用都很成熟。 AT89S51 總結 具有如下特點 ： ● 與 MCS51 單片機產品兼容 ● 4K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 ● 1000 次擦寫周期 ● 全靜態(tài)工作： 0Hz— 33MHz ● 32 個可編程 I/O 口線 ● 2 個 16 位定時器 /計數器 ● 6 個中斷源 ● 全雙工 UART 串行通道 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門狗定時器 ● 雙數據指針 ● 靈活的 ISP 編程（字或字節(jié)模式） 基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 4 ● 電壓工作范圍 最小單片機系統(tǒng) 下圖是本設計中用到的單片機最小系統(tǒng)： 圖 系統(tǒng)采用 12MHZ 晶振，由于系統(tǒng)對晶振要求不高，可以根據情況適當改變晶振頻率；另外系統(tǒng)的復位可上電復位，也可手動復位。 溫度傳感器 溫度的測量是從金屬 (物質 )的熱脹冷縮開始。水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計量標準?？墒撬娜秉c是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計和金屬簧片溫度計，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產和實驗研究中為了配合遠傳儀表指示，出現了許多不同的溫度檢測方法，常 用的基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 5 有電阻式、熱電偶式、 PN 結型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數 (如電阻值，熱電勢等 )的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現了多種集成的數字化溫度傳感器。本設計將要用到的是DS18B20 溫度傳感器。 溫度傳感器簡介 測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要經過了三個階段： （ 1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件） （ 2）模擬集成溫度傳感器控制器 （ 3）智能溫度傳感器。 模擬集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度 傳感器。模擬集成溫度傳感器是在 20 世紀 80 年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上，可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用 IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。它是目前在國內外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產品有 AD590、 AD59 TMP1 LM135 等。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關和可編程溫度控制器，典型產品有 LM5 AD22105 和 MAX6509。某些增強型集成溫度控制器例如 (TC652/653)中還包含了刀轉換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。智能溫度傳感器 (亦稱數字溫度傳感器 )是在20 世紀 90 年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術 (ATE)的結晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、 A/D 轉換器、信號處理器、存儲器 (或寄存器 )和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機存取存儲器 (RAM)和只讀存儲器 (ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)；并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。 目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、從集成化向智能化和網基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 6 絡化的方向飛速發(fā)展。數字式溫度傳感器 DS18B20 正是朝著高精度、多功能、總線標準化、高可性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測量裝置己 廣泛應用于人民的日常生活和工農業(yè)生產中。 采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度，可以體現系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應用這一溫度芯片，也是順應這一趨勢。 根據其時序特點給出了 DS1820 和 AT89S51 單片機構成的溫度測控系統(tǒng)的應用電路如下： 圖 DS18B20典型應用 DS18B20 采集到的模擬信號通過內部轉換為數字信號，通過一總 線 DQ 與單片機直接通信，無需 A/D 轉換，單片機從其寄存器中直接提取數據再做相應處理后，交由無線模塊發(fā)射。 DS18B20 性能特點與內部結構 DS18B20 的性能特點如下： 1) 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 2) 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現多點組網功能； 3) 無須外部器件； 4) 可通過數據線供電，電壓范圍為 ～ ； 基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 7 5) 零待機功耗； 6) 溫度以 3位數字顯示； 7) 用戶可定義報警設置； 8) 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報 警條件）的器件； 9) 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 24: 圖 DS18B20 封裝 DS18B20 內部結構主要由六分組成： 1) 64 位光刻 ROM。 開始 8 位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8位是前 56 位的 CRC 校驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。 64 位 閃速 ROM 的結構如下： 基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 8 8b 檢驗 CRC 48b 序列號 8b 工廠代碼（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 內部電源探測位和單線端口位產生器暫存器下限觸發(fā)上限觸發(fā)溫度傳感器存儲器和控制邏輯 圖 DS18B20內部結構 2) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。 3) 高速暫存存儲 ，可以設置 DS18B20 溫度轉換的精度。 DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 E2PRAM。高速暫存 RAM 的結構為 8 字節(jié)的存儲器，結構如圖 25所示 。頭 2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。它的內部存儲器結構和字節(jié)定義如圖 所示。低 5 位一直為， TM是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。 Bye0 溫度測量值 LSB（ 50H） Byte1 溫度測量值 MSB（ 50H） E2PROM Byte2 TH 高溫寄存器 ?? TH 高溫寄存器 Byte3 TL 低溫寄存器 ?? TL 低溫寄存器 Byte4 配位寄存器 ?? 配位寄存器 Byte5 預留（ FFH） Byte6 預留（ 0CH） 基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 9 Byte7 預留（ IOH） Byte8 循環(huán)冗余碼校驗（ CRC） 圖 DS18B20 內部存儲器結構 DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 圖 DS18B20字節(jié)定義 由表 可見 ，分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。 當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以℃／ LSB 形式表示。 當符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫 度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表 是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。 表 DS18B20溫度轉換時間表 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉向時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 表 一部分溫度對應值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H 基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 10 + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 4) CRC 的產生 在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）。主機根據 ROM的前 56 位來計 算 CRC值，并和存入 DS18B20 中的 CRC值做比較，以判斷主機收到的 ROM 數據是否正確。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數據。 5）寄生電源 寄生電源有二極管 VD VD寄生電容 C 和電源檢測電路組成，如圖所示 。電源檢測電路用于判定供電方式。 DS18B20 有兩種供電方式： —— 的電源供電方式和寄生電源供電方式（直接從數據線獲取電源）。 若采用外部電源給器件供電，外部電源接 VCC 引腳通過 VD2向器件供電，如圖所示。 寄生電源供電時， VCC 端接地，器件從單線總線上獲取電源，如圖所示。在I/O 線呈低電平時，改由電容 C 上的典雅繼續(xù)向器件供電。該寄生電源的優(yōu)點：第一，檢測遠程溫度時無需本地電源；第二、缺少正常電源時也能讀 ROM。 外部電源供電 基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 11 圖 寄生電源供電 圖 無線通信模塊介紹 隨著我國國際地位和科研水平的不斷提高，無需導線連接的無線數據系統(tǒng)對用戶有著極大的吸引力。無線數據系統(tǒng)采用了能在局域范圍內無線傳輸信息的數字網絡，在不改動原有設施的前提下，將有效的數據信息準確、快速和安全地傳送給與會者。因此，無線數據系統(tǒng)設備的設計得到了國內外相關領域廠商的廣泛關注，未來，無線數據系統(tǒng)很有可能代替現有的有線數據系統(tǒng)，成為今后數據傳基于單片機與無線技術的倉庫溫度采集系統(tǒng) 12 輸的主流。 要了解無線數據傳輸， 就得先了解無線傳輸技術。 下面大概介紹一下幾種常見的無線傳輸技術： 段無線傳輸技術 超高頻（ UHF Ultra High Frequency）。 UHF 波段則是指頻率為 300~3000MHz的特高頻無線電波。 具有特點是： 1）穩(wěn)定性高 2）寫距離遠 3）訊速率較高 但 U 段技術由于頻段多、使用范圍廣，容易串頻和被聽，保密性較差。 紅外通訊技術的特點： 1）它是目前在世界范圍內被廣泛使用的一