【正文】 體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。 溫度傳感器 DS18B20 利用單總線的特點可以方便的實現(xiàn)多點溫度的測量，組建傳感器網(wǎng)絡(luò)， 且 系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活、方便，而且 能 在惡劣的環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度 檢測 。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點監(jiān)測場合。如糧食倉儲系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、溫控制程生產(chǎn)線之溫度影像檢測、醫(yī)療與健診的溫度測試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測、石化、機械 ? 等 。 溫 度采集模塊 這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機的接口部分組成。 DS18B20 智能溫度溫度傳感器進行溫度采集和轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字型的溫度值，然后 通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的 口，單片機接受溫度并存儲。 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器， 它可將溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)了與單片機的直接接口，從而省去了信號調(diào)理和 A/D 轉(zhuǎn)換等復(fù)雜模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 DS18B20 構(gòu)成的溫度采集模塊電路簡單、功能可靠、測量效率高，很好地彌補了傳統(tǒng)溫度測量方法的不足 可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有集成度高、模擬輸入數(shù)字輸出、抗干擾能力強、體積小、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)測溫誤差小等特點。 DS18B20有 PR35 和 SOSI 兩種封裝方式，本次設(shè)計采有 PR35 式封裝 , 如圖 所示。 圖（ a） PR35 封裝 圖 （ b） SOSI 封裝 圖 2－ 1 DS18B20 的兩種封裝 8 溫度顯示模塊 本課程設(shè)計的顯示模塊采用 3 位共陰極 LED 數(shù)碼管顯示溫度數(shù)據(jù)，兩位整數(shù)，一位小數(shù)進行顯示， 從 P0 口送數(shù)， P2 口掃描 。 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計方框圖如圖 所示，它主要由三部分組成 :①控制部分主芯片采用單片機 AT89S51；②顯示部分采用 3 位共陰極 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集部分的溫度傳感器采用 DS18B20 智能溫度溫度傳感器。還有按鍵設(shè)置報警溫度值和加熱降溫電路。 圖 2－ 2 多路溫度檢測與控制總體設(shè)計框圖 第三章 硬件設(shè)計 本課程設(shè)計的多點測溫系統(tǒng)是以單片機和單總線 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為核心，充分利用單片機優(yōu)越的內(nèi)部和外部資源及 智能溫度傳感器 DS18B20 的優(yōu)越性能 構(gòu)成一個完備的測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的多點測量。整個系統(tǒng)由單片機控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應(yīng)的溫度傳感器，并由驅(qū)動電路驅(qū)動溫度顯示。本課程 設(shè)計 了 一種合理、可行的單片機監(jiān)控軟件，完成 測量和顯示的任務(wù)。 由于單片機具有強大的運算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。 本課題的整個系統(tǒng)是由單片機、顯示電路、鍵盤電路、聲光報警電路等構(gòu)成。 溫度傳感器 溫度傳感器選用細(xì)則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的 問 題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決單 片 機 多路 DS18B20 傳感器 LED 顯示 聲光報警器 加熱繼電器和風(fēng)扇繼電器 按鍵設(shè)置溫度 9 于傳感器的選用是否合理。 （ 1） 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 要進行 — 個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因 素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。 （ 2） 靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高， 與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的串?dāng)_信號 （ 3） 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有 — 定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。 （ 4） 線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講 ，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。 （ 5） 穩(wěn)定性 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感 器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。 （ 6） 精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。 10 如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析 ，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。 溫度傳感器簡介 溫度的測量是從金屬 (物質(zhì) )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(biāo)準(zhǔn)?？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(chǎn)和實驗研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示 ，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測方法，常用的有電阻式、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。 （ 1) 智能溫度傳感器 DS18B20 的性能特點： 1) 獨特的單總線接口僅需要一個端口引腳進行通信 ,可以是串行口也可以是其他I/O 口，無須變換，直接輸出被測溫度值（ 9 位二進制，含符號位）。 多個 DS18B20可以并聯(lián)掛接在一條總線上，實現(xiàn)實現(xiàn)多點溫度采集檢測功能； 2)可測溫 度范圍為 55～ +125℃，測量分辨率為 ℃； 3) 內(nèi)含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器 ROM； 4) 內(nèi)含寄生電源，可直接通過數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 ～ ； 5) 零待機功耗； 6)用戶可通過編程分別設(shè)定各路的溫度上、下限溫度值來實現(xiàn)報警功能； 7) 適配各種微處理器； 8) 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 9) 負(fù)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； 10) 可檢測距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)測量距離為 150m 。 （ 2） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM， 溫度報警觸發(fā)器 ,溫度傳感器以及高速緩存器。 1) 64 位光刻 ROM。 64 位光刻 ROM 是出廠前已被刻好的，它可以看做是該 DS18B0的地址序列號，不同的器件不一樣， 64 位的地址序列號的構(gòu)成如表 21 所示。 開始 8 位是產(chǎn)品 序列號代表產(chǎn)品的序列 ，接著 48 位 產(chǎn)品序號代表同一系列產(chǎn)品的不同產(chǎn)品 ，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼， 所以不同的器件的地址序列號各不一樣 這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因 （ 8 位 CRC 編碼的計算公式為 CRC=X+X+X+1）。 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(jù) 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(shù)據(jù)是否正確。 11 表 3－ 1 64 位 ROM 地址序列號結(jié)構(gòu) 48 位產(chǎn)品序列號 8 位產(chǎn)品