【正文】 芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元 ， 51系列單片機(jī)還具有省電耐用，可多次編程，性能穩(wěn)定，物美價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，其次單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多 DS18B20 控制工作，還可以與 PC機(jī)通信 .運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（ PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配 合使用都很成熟。 AT89S51 總結(jié) 具有如下特點(diǎn) ： ● 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ● 4K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 ● 1000 次擦寫(xiě)周期 ● 全靜態(tài)工作： 0Hz— 33MHz ● 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ● 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ● 6 個(gè)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(mén)狗定時(shí)器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 靈活的 ISP 編程（字或字節(jié)模式） 基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 4 ● 電壓工作范圍 最小單片機(jī)系統(tǒng) 下圖是本設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)最小系統(tǒng)： 圖 系統(tǒng)采用 12MHZ 晶振，由于系統(tǒng)對(duì)晶振要求不高，可以根據(jù)情況適當(dāng)改變晶振頻率；另外系統(tǒng)的復(fù)位可上電復(fù)位，也可手動(dòng)復(fù)位。 溫度傳感器 溫度的測(cè)量是從金屬 (物質(zhì) )的熱脹冷縮開(kāi)始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒(méi)有毒性，但測(cè)量精度很低，只能作為一個(gè)概略指示。不過(guò)在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測(cè)方法，常 用的基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 5 有電阻式、熱電偶式、 PN 結(jié)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(shù) (如電阻值，熱電勢(shì)等 )的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。本設(shè)計(jì)將要用到的是DS18B20 溫度傳感器。 溫度傳感器簡(jiǎn)介 測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要經(jīng)過(guò)了三個(gè)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(dǎo)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(jì) 80 年代問(wèn)世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用 IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有 AD590、 AD59 TMP1 LM135 等。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開(kāi)關(guān)和可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有 LM5 AD22105 和 MAX6509。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器例如 (TC652/653)中還包含了刀轉(zhuǎn)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(shí)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(shù)字溫度傳感器 )是在20 世紀(jì) 90 年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器 (或寄存器 )和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)器 (ROM)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)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(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。 目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 6 絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)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(cè)量裝置己 廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)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(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。 根據(jù)其時(shí)序特點(diǎn)給出了 DS1820 和 AT89S51 單片機(jī)構(gòu)成的溫度測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用電路如下： 圖 DS18B20典型應(yīng)用 DS18B20 采集到的模擬信號(hào)通過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一總 線 DQ 與單片機(jī)直接通信，無(wú)需 A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)從其寄存器中直接提取數(shù)據(jù)再做相應(yīng)處理后，交由無(wú)線模塊發(fā)射。 DS18B20 性能特點(diǎn)與內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 2) 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 3) 無(wú)須外部器件； 4) 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； 基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 7 5) 零待機(jī)功耗； 6) 溫度以 3位數(shù)字顯示； 7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置； 8) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào) 警條件）的器件； 9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由六分組成： 1) 64 位光刻 ROM。 開(kāi)始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后 8位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 64 位 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： 基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 8 8b 檢驗(yàn) CRC 48b 序列號(hào) 8b 工廠代碼（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 內(nèi)部電源探測(cè)位和單線端口位產(chǎn)生器暫存器下限觸發(fā)上限觸發(fā)溫度傳感器存儲(chǔ)器和控制邏輯 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。 3) 高速暫存存儲(chǔ) ，可以設(shè)置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精度。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2PRAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 25所示 。頭 2個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(fù)位時(shí)被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)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(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式。 Bye0 溫度測(cè)量值 LSB（ 50H） Byte1 溫度測(cè)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(yù)留（ FFH） Byte6 預(yù)留（ 0CH） 基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 9 Byte7 預(yù)留（ IOH） Byte8 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（ CRC） 圖 DS18B20 內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)， R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 圖 DS18B20字節(jié)定義 由表 可見(jiàn) ，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)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(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以℃／ LSB 形式表示。 當(dāng)符號(hào)位 S＝ 0 時(shí)，表示測(cè)得的溫 度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝ 1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表 是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。 表 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 表 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H 基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)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(chǎn)生 在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）。主機(jī)根據(jù) ROM的前 56 位來(lái)計(jì) 算 CRC值，并和存入 DS18B20 中的 CRC值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 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(cè)電路組成，如圖所示 。電源檢測(cè)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(shù)據(jù)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(guò) VD2向器件供電，如圖所示。 寄生電源供電時(shí)， 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(shí)，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(diǎn)：第一，檢測(cè)遠(yuǎn)程溫度時(shí)無(wú)需本地電源；第二、缺少正常電源時(shí)也能讀 ROM。 外部電源供電 基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 11 圖 寄生電源供電 圖 無(wú)線通信模塊介紹 隨著我國(guó)國(guó)際地位和科研水平的不斷提高，無(wú)需導(dǎo)線連接的無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)用戶有著極大的吸引力。無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用了能在局域范圍內(nèi)無(wú)線傳輸信息的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，在不改動(dòng)原有設(shè)施的前提下，將有效的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確、快速和安全地傳送給與會(huì)者。因此，無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)得到了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域廠商的廣泛關(guān)注，未來(lái)，無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)很有可能代替現(xiàn)有的有線數(shù)據(jù)系統(tǒng)，成為今后數(shù)據(jù)傳基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度采集系統(tǒng) 12 輸?shù)闹髁鳌? 要了解無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸， 就得先了解無(wú)線傳輸技術(shù)。 下面大概介紹一下幾種常見(jiàn)的無(wú)線傳輸技術(shù)： 段無(wú)線傳輸技術(shù) 超高頻（ UHF Ultra High Frequency）。 UHF 波段則是指頻率為 300~3000MHz的特高頻無(wú)線電波。 具有特點(diǎn)是： 1）穩(wěn)定性高 2）寫(xiě)距離遠(yuǎn) 3）訊速率較高 但 U 段技術(shù)由于頻段多、使用范圍廣，容易串頻和被聽(tīng)，保密性較差。 紅外通訊技術(shù)的特點(diǎn)： 1）它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一