【正文】 六部分組成：電源電路、64位光刻ROM及1wire接口、溫度傳感器、非易失的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL[13]、配置寄存器和CRC校驗(yàn)碼產(chǎn)生器。 光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的[14]。 DS18B20高速存儲(chǔ)器包含了9個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH，TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是配置寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余校驗(yàn)字節(jié)。其中，配置寄存器的內(nèi)容如下：“TM Rl RO 1 1 1 1 1” 低5位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)[15]。Rl和RO用來設(shè)置分辨率，：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位） 分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位0110位1011位375ms1112位750msDS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0. 0625℃ /LSB[16]形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。 12位的溫度轉(zhuǎn)化形式表bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LS Byte2322212021222324bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MS ByteSSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0. 0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0. 0625即可得到實(shí)際溫度。 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16~60微秒左右，后發(fā)出60~240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 DS18B20依靠一個(gè)單線接口通信[17]。在單線接口情況下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能使用存貯器和控制操作。因此，控制器必須首先提供五種ROM操作命令之一：（1）Read ROM（讀ROM）；（2）Match ROM（匹配ROM）；（3）Search ROM（搜索ROM）；（4）Skip ROM（跳過ROM）；（5）Alarm Search（告警搜索）。這些命令對(duì)每一器件的64位光刻ROM部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個(gè)特定的器件并給總線上的主機(jī)指示存在多少器件及其類型。在成功地執(zhí)行了ROM操作序列之后可，使用存貯器和控制操作，然后控制器可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。 一條控制操作命令指示DS18B20完成一次溫度測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果將放入DS18B20的高速緩存器中，用一條讀緩存儲(chǔ)器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以讀出此結(jié)果。溫度告警觸發(fā)器TH和TL各由一個(gè)字節(jié)的EEPROM構(gòu)成。如果不對(duì)DS18B20使用告警搜索指令，這些寄存器可用作通用用戶存儲(chǔ)器使用。 單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。無論任何理由需要暫停某一執(zhí)行過程時(shí)，如果還想恢復(fù)執(zhí)行的話，總線必須停留在空閑狀態(tài)。在恢復(fù)期間，如果單線總線處于非活動(dòng)狀態(tài)（高電平狀態(tài)），位與位之間的恢復(fù)時(shí)間可以無限長(zhǎng)。如果總路線停留在低電平超過480uS，總線上的所有器件都將被恢復(fù)。2）接口電路。 圖中，DS18B20的I/0端口DQ通過一個(gè)4. 7K的外部上拉電阻與單片機(jī)連接。多片DS18B20共用一條總線，通過光刻序列號(hào)的區(qū)分實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。本設(shè)計(jì)中DS18B20采用寄生電源方式，故GND與VDD端均接地。 AT89S52與DS18B20的接口電路 濕度采集電路1）HS1100/HS1101濕度傳感器介紹： 測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化}fu進(jìn)行濕度測(cè)量的。 HS1100/HS1101濕度傳感器特點(diǎn)：不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)[18]，由頂端接觸(HS1100)和側(cè)面接觸(HS1101)兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適肩{于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。 濕敏電容工作的溫、濕度范化 溫度電容相應(yīng)曲線相對(duì)濕度在1%~100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于士2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0. 04 pF/℃?？梢娋仁禽^高的。2）濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)： HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。 頻率輸出的555[19]。集成定時(shí)器555芯片外接電阻Rl，R3與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R21是防止輸出短路的保護(hù)電阻。 頻率輸出的555振蕩電路 該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vcc通過Rl、R3向HS1100充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0. 67Vcc，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R3放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0. 33Vs。 此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為：t充電=C (R1+R3) Ln2t放電=CR3 Ln2因而，輸出的方波頻率為：f=1/ (t放電+t充電)=1/[ C (R1+2R3) Ln2]可見，空氣濕度通過555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)。 空氣濕度與電壓頻率的典型值濕度頻率濕度頻率%RHHz%RHHz0735160660010722470646820710080633030697690616840685310060335067283）多路濕度檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)為了能夠?qū)崿F(xiàn)濕度信號(hào)的多點(diǎn)測(cè)量，本設(shè)計(jì)采用2片8選1模擬開關(guān)CD4051組成矩陣測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)64路濕度信號(hào)的采集。 矩陣測(cè)量網(wǎng)絡(luò)由濕度一頻率變換電路及2片CD4051組成。 濕度矩陣測(cè)量網(wǎng)絡(luò)圖中，CD4051有3條地址碼控制線，通過單片機(jī)的控制每片CD4051可實(shí)現(xiàn)8選1功能，每片2片CD4051組合使用就可實(shí)現(xiàn)64路濕度信號(hào)的采集。U2的INH端直接接地，Ul的INH端通過單片機(jī)端口控制，在進(jìn)行濕度信號(hào)采集的時(shí)候該端口置為低電平，允許多路開關(guān)選通[20]。Ul的X端子與單片機(jī)P3. 4端口相連，實(shí)現(xiàn)濕度信號(hào)的采集。4）多路開關(guān)介紹 多路開關(guān)，又稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開關(guān)通常有n個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬輸入端，并通過地址線上不同的地址信號(hào)把n個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)有n線到一線的接通功能。反之，當(dāng)模擬信號(hào)有公共輸出端輸入時(shí)，作為信號(hào)分離器，實(shí)現(xiàn)了1線到n線的分離功能。因此，多路開關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。 在本設(shè)計(jì)中，選用的是8選1多路開關(guān)CD4051[21]，它是一種單片、COMS， 8通道開關(guān)。該芯片由DTL/TTLCOMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個(gè)COMS模擬開關(guān)TG組成。 CD4051的管腳圖圖中功能如下：通道線，IN/OUT （11113）：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。183