【正文】 ，許多數(shù)字溫度傳感器相繼問(wèn)世，如AD公司的AD系列溫度傳感器、Dallas半導(dǎo)體公司的DS18B20系列溫度傳感器等，這些新型溫度傳感器的問(wèn)世大大簡(jiǎn)化了溫度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方案，穩(wěn)定性高，并且能夠直接將溫度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，便于計(jì)算機(jī)綜合處理。在特殊場(chǎng)合，由于不同的設(shè)備對(duì)溫度的要求不相同，報(bào)警上下限自然也就不同，單點(diǎn)溫度檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)。用紅外遙控器設(shè)置溫度報(bào)警上下限電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，操作方便。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性分析目前市場(chǎng)上流行的數(shù)字溫度采集系統(tǒng)主要有3類：第一種是儀表式單點(diǎn)數(shù)字溫度計(jì)，并且基本上都是LCD顯示，不適合夜間觀察，也不具有溫度報(bào)警功能，價(jià)格比較便宜。第二種是多點(diǎn)溫度計(jì)，目前主要用在對(duì)局部溫度要求較高的場(chǎng)合，其中很多是 進(jìn)口產(chǎn)品。雖然價(jià)格很昂貴，但是仍然沒(méi)有紅外遙控操作模塊。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)一種紅外遙控多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)，不僅服務(wù)了社會(huì)，同時(shí)又滿足了市場(chǎng)需要，具備一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2 系統(tǒng)單元模塊介紹整個(gè)系統(tǒng)主要包括溫度采集模塊，運(yùn)算控制模塊，紅外遙控通信模塊，數(shù)碼管顯示模塊和報(bào)警模塊幾部分構(gòu)成。在進(jìn)行設(shè)計(jì)前首先對(duì)各個(gè)單元模塊的功能進(jìn)行介紹。 溫度采集模塊 溫度傳感器的選擇溫度傳感器是一種將溫度轉(zhuǎn)換為電量的裝置。主要分為三大類：第一類是熱電偶。它是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化的裝置，自19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來(lái)熱電偶被廣泛用于測(cè)量100到1600攝氏度的溫度，同時(shí)還可以根據(jù)需要測(cè)量更低或更高的溫度，主要用于高溫測(cè)量；第二類是熱電阻。它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。然后通過(guò)電橋使電阻兩端的電壓發(fā)生變化，主要用于中低溫度的測(cè)量；第三類是集成溫度傳感器。它將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。常見(jiàn)的如模擬輸出式溫度傳感器AD590和數(shù)字輸出式溫度傳感器DS18B20。其中DS18B20測(cè)溫范圍從50攝氏度到正125攝氏度，每個(gè)元件有唯一的序列號(hào)，支持多點(diǎn)溫度采集。由于此設(shè)計(jì)主要用來(lái)監(jiān)控室溫內(nèi)設(shè)備各點(diǎn)的溫度，并且是多點(diǎn)溫度采集，所以選用DS18B20作為溫度傳感器[2]。 DS18B20溫度傳感器 DS18B20的特點(diǎn)DS18B20是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款新型可編程分辨率的單線數(shù)字溫度傳感器。它有如下特色：，只要求用一個(gè)引腳進(jìn)行通訊。，電壓的范圍是3～5伏。，相當(dāng)于華氏溫度的67～+253度。還可以進(jìn)行報(bào)警命令的抵制識(shí)別，以便確認(rèn)是那個(gè)溫度傳感器發(fā)出報(bào)警。，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)品，溫度計(jì)，和任何對(duì)熱量敏感的系統(tǒng)[3]。DS18B20芯片外形和封裝如圖21： 圖21 DS18B20的外形和封裝引腳功能：GND 電壓地 DQ:單數(shù)據(jù)總線 VDD:電源電壓 NC:空引腳 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) （1）DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22：圖22 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（2)ROM存儲(chǔ)器用來(lái)存放DS18B20的編碼如表21:表21 64光刻ROM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)8位CRC冗余校驗(yàn)碼 48位序列號(hào) 8位家族編碼（28H） 最高位 最低位 （3）讀取溫度時(shí)，低八位和高八位的詳細(xì)數(shù)據(jù)格式如下表22：表22 溫度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) DS18B20的操作流程（1）初始化：1 Wire總線上所有的轉(zhuǎn)換開(kāi)始于初始化序列。初始化序列是有主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道DS18B20在總線上，并且開(kāi)始操作。（2）ROM命令：一旦主機(jī)檢測(cè)到存在脈沖就可以發(fā)出五個(gè)ROM功能命令其中的一個(gè)所有ROM功能命令長(zhǎng)度為8位。（3）存儲(chǔ)器命令：在ROM完成之后緊接著有主機(jī)發(fā)送,以便為數(shù)據(jù)交換準(zhǔn)備。（4）數(shù)據(jù)交換：通過(guò)嚴(yán)格的讀寫(xiě)時(shí)序完成[4]。 DS18B20 ROM命令（1）讀ROM[33H]：這個(gè)命令允許總線控制器讀到 DS18B20 的 64 位 ROM。只有當(dāng)總線上只存在一個(gè) DS18B20 的時(shí)候才可以使用此指令，如果掛接不只一個(gè)，當(dāng)通信時(shí)將會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。（2）Match ROM命令[55H]：此條命令發(fā)出后，讀取64位ROM數(shù)據(jù)，允許總線主機(jī)讀取總線上特定的DS18B20的。（3）跳過(guò)ROM命令[CCH]：這條指令使芯片不對(duì) ROM 編碼做出反應(yīng)，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時(shí)使用此指令將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn)。（4）搜索ROM[F0H]:當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)初始化時(shí)，總線主機(jī)可能不知道的設(shè)備的數(shù)目，用此條指令通過(guò)序列號(hào)排除法進(jìn)行搜索。 DS18B20存儲(chǔ)器操作命令（1）寫(xiě)暫存器命令[4EH]：寫(xiě)入DS18B20時(shí)是從TH寄存器開(kāi)始，另外的三個(gè)字節(jié)將會(huì)被保存在第2到第4的地址單元[5]。（2）讀暫存器命令[BEH]：讀取暫存器中的內(nèi)容，讀取過(guò)程將會(huì)從第0個(gè)字節(jié)開(kāi)始一直讀到第8個(gè)字節(jié)。 （3）復(fù)制暫存器的內(nèi)容[48H]：把暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中，把溫度觸發(fā)器B的TH和TL中的內(nèi)容復(fù)制到非易失性儲(chǔ)存單元中。（4）溫度轉(zhuǎn)換命令[44H]:這條指令用來(lái)開(kāi)啟一次溫度轉(zhuǎn)換[6]。 DS18B20的操作時(shí)序（1）DS18B20初始化時(shí)序如下圖23：圖23 DS18B20初始化時(shí)序（2）主機(jī)寫(xiě)時(shí)序如下圖24：圖24 主機(jī)寫(xiě)0寫(xiě)1時(shí)序（3）主機(jī)讀時(shí)序如圖25：圖25 主機(jī)讀0讀1時(shí)序編程時(shí)必須嚴(yán)格按照時(shí)序圖，詳細(xì)程序見(jiàn)附錄1。 運(yùn)算控制模塊 AT89S52單片機(jī)的主要參數(shù)及性能本設(shè)計(jì)選用被普及使用的性價(jià)比很高的微處理器AT89S52作為系統(tǒng)核心，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 它還有256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止[7]。 AT89S52單片機(jī)引腳功能介紹（1）AT89S52單片機(jī)的引腳分布如下圖26：圖26 AT89S52單片機(jī)引腳分布圖（2）單片機(jī)的P1附加功能如表24，P3附加功能如表25。表23 P1特殊功能引腳號(hào)第二功能T2(外部定時(shí)計(jì)數(shù)器輸入),時(shí)鐘輸出T2EX(定時(shí)計(jì)數(shù)器T2的)捕捉重載觸發(fā)信號(hào)MOSI(在線編程系統(tǒng)用)MISO(在線編程系統(tǒng)用)SCK(在線系統(tǒng)編程用)表24 P3特殊功能引腳號(hào)第二功能 RXD串行輸入口 TXD串行輸出口 /INT0外部中斷0 /INT1外部中斷1 T0計(jì)時(shí)器0外部輸入 T1計(jì)時(shí)器1外部輸入 /WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 /RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 紅外遙控通信模塊 紅外通信簡(jiǎn)介紅外線遙控器已被廣泛使用在各種類型的家電產(chǎn)品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多的便利。紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成（如圖27）。紅外發(fā)射裝置又可由鍵盤(pán)電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發(fā)射電路組成。紅外接收設(shè)備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應(yīng)用電路組成。通常為了使信號(hào)能更好的被傳輸發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射。常用的有通過(guò)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過(guò)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（PPM）兩種方法。圖27 紅外遙控原理簡(jiǎn)圖在同一個(gè)遙控電路中通常要使用實(shí)現(xiàn)不同的遙控功能或區(qū)分不同的機(jī)器類型，這樣就要求信號(hào)按一定的編碼傳送，編碼則會(huì)由編碼芯片和相關(guān)電路完成。對(duì)應(yīng)于編碼芯片通常會(huì)有相配對(duì)的解碼芯片或包含解碼模塊的應(yīng)用芯片。本設(shè)計(jì)使用集成紅外一體化接收頭1838，內(nèi)部含有濾波電路和放大電路，大大簡(jiǎn)化了紅外接收電路[8]。 紅外編解碼原理（1）載波波形使用 455KHz 晶體，經(jīng)內(nèi)部分頻電路，信號(hào)被調(diào)制在 ，占空比為 3 分之 1調(diào)制頻率（晶振使用455KHz時(shí)）fCAR = 1/Tc = fOSC/12 ≈ 38KHzfOSC是晶振頻率占空比 = T1/Tc = 1/3如下圖28：圖28 紅外載波波形（2）紅外發(fā)射數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式包括了引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)碼反碼，編碼總占 32 位如：圖29，數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反相后的編碼，編碼時(shí)可用于對(duì)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)。圖29 紅外發(fā)射數(shù)據(jù)格式本設(shè)計(jì)使用紅外遙控器的主控芯片TC9012使用455KHz 晶振時(shí)各代碼所占的時(shí)間如圖210：圖210 紅外發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)序 （3）位定義用戶碼或數(shù)據(jù)碼中的每一個(gè)位可以是位‘1’，也可以是位‘0’。區(qū)分‘0’和‘1’是利用脈沖的時(shí)間間隔來(lái)區(qū)分，這種編碼方式稱為脈沖位置調(diào)制方式，英文簡(jiǎn)寫(xiě) PPM。脈沖波形如圖211，圖212：（4）紅外解碼 紅外解碼的方式多種多樣，本設(shè)計(jì)中用單片機(jī)解碼。將紅外接收頭的輸出端接在單片機(jī)的外部中斷的輸出端，在通過(guò)定時(shí)器算出兩個(gè)下降沿之間的時(shí)間，然后判斷所得到的是0或1。再將八個(gè)數(shù)字進(jìn)行合并，就得到一組代碼，然后把代碼編碼以完成相應(yīng)的動(dòng)作。 圖211 位0時(shí)序 圖212 位1時(shí)序 顯示模塊 顯示元件介紹目前常用的顯示元件有液晶和數(shù)碼管。液晶顯示的字符的種類較多，但是顯示的亮度較低，顯示的數(shù)字較小。數(shù)碼管顯示數(shù)字十分方便，并且亮度較量，適合遠(yuǎn)距離的觀察。本設(shè)計(jì)采用的是簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示，所以采用數(shù)碼管顯示，由于顯示的數(shù)據(jù)位數(shù)較多，采用兩個(gè)四位的共陽(yáng)數(shù)碼管聯(lián)合作為基本顯示單元。數(shù)碼管的引腳分布如圖213： 圖213 數(shù)碼管引腳分布 數(shù)碼管顯示方式數(shù)碼管有兩種顯示方式 ：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示電路簡(jiǎn)單，只可以顯示固定的數(shù)字。動(dòng)態(tài)掃描顯示通過(guò)人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，形成一組數(shù)字，但是電路中為了穩(wěn)定顯示，保證顯示的亮度，節(jié)約單片機(jī)的IO口，常采用鎖存器74HC573作為輔助元件，控制位選和段選。74HC573鎖存器的引腳分布如圖213。圖213 74HC573引腳分布其中D0D7是數(shù)據(jù)輸入端口,Q0Q7是數(shù)據(jù)輸出端口，OE是輸出使能端，LE是鎖存使能端，如表24（其中的H表示高電平，L表示低電平，X表示無(wú)效，Z表示高阻）。表25 74HC573引腳功能表 報(bào)警模塊 蜂鳴器介紹蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。按有無(wú)振蕩源可以分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器。不管是壓電式還是電磁式都有有源和無(wú)源的差別。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示[9]。本設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)要求不高，只要當(dāng)溫度在超過(guò)報(bào)警限時(shí)可以發(fā)出聲音提示報(bào)警即可，所以可以用直流電壓驅(qū)動(dòng)的電磁式有源蜂鳴器。由于單片機(jī)IO口的驅(qū)動(dòng)能力有限，蜂鳴器發(fā)出的聲音較小，可以用三極管進(jìn)行電流放大。單片機(jī)的輸出端口在正常情況下是高電平，而正常情況下蜂鳴器不發(fā)聲，所以選用PNP三極管，并且在基極要加一個(gè)限流電阻。詳細(xì)的電路圖見(jiàn)硬件電路圖46。3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體方案 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是在正常情況下，巡回檢測(cè)各個(gè)點(diǎn)的溫度，由于不止一個(gè)溫度傳感器所以第一步就是要知道每個(gè)溫度傳感器的序列號(hào)，建立每個(gè)DS18B20序列號(hào)與位置的關(guān)系。通過(guò)紅外遙控器可以設(shè)置每個(gè)DS18B20的溫度報(bào)警上下限，當(dāng)達(dá)到報(bào)警限時(shí)可以通過(guò)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警。每一種狀態(tài)都要在數(shù)碼管上有對(duì)應(yīng)的顯示。所以可以用紅外遙控器上的一個(gè)鍵設(shè)置為總的設(shè)置開(kāi)關(guān)，來(lái)切換多點(diǎn)溫度巡回檢測(cè)和設(shè)置溫度報(bào)警上下限這兩種最基本的狀態(tài)。再用兩個(gè)按鍵分別定義為高溫保溫設(shè)置鍵和低溫報(bào)警設(shè)置鍵。當(dāng)高溫報(bào)警設(shè)置鍵按下一次，數(shù)碼管顯示1號(hào)報(bào)警上限值，第二次按下，以此類推，第n次按下時(shí)將顯示第n號(hào)DS18B20的報(bào)警上限值。之后按下增加鍵和減少鍵將會(huì)對(duì)應(yīng)不同號(hào)的DS18B20完成溫度增加和減少的操作。在用紅外遙控器實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話時(shí)，要用單片機(jī)進(jìn)行解碼，所以用外部中斷0和定時(shí)器0配合實(shí)現(xiàn)紅外解碼。用相應(yīng)的標(biāo)志位快速記下相關(guān)按鍵按下的信息，在主程序中根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)志位完成對(duì)應(yīng)的操作。由于設(shè)置了多個(gè)溫度報(bào)警上下限，所以報(bào)警不僅和所測(cè)溫度有關(guān)還和對(duì)應(yīng)的編號(hào)有關(guān)。巡回檢測(cè)可以啟用定時(shí)器1，利用定時(shí)器中斷，實(shí)現(xiàn)一定的時(shí)間間隔，在間隔中對(duì)每一點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度檢測(cè)?？?cè)鐖D31。圖31 系統(tǒng)總體流程圖 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體方法 DS18B20序列號(hào)的讀取由于是多點(diǎn)溫度的采集，通過(guò)前面對(duì)溫度傳感器DS18B20的介紹，首先要知道每個(gè)DS18B20都有唯一的48位的序列號(hào)，多