【正文】 供電和體積小等特點，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(jìn)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(jī)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(jī)的接口部分組成。 DS18B20 智能溫度溫度傳感器進(jìn)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(jī)的 口，單片機(jī)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(jī)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(bǔ)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(qiáng)、 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 。 7 圖（ a） PR35封裝 圖 （ b） SOSI 封裝 圖 2－ 1 DS18B20 的兩種封裝 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(jìn)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(jī) 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 單 片 機(jī) 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 8 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(jī)和單總線 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為核心，充分利用單片機(jī)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(jī)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(jī)監(jiān)控軟件，完成 測量和顯示的任務(wù)。 由于單片機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)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(jī)、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(jìn)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(jìn)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??；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(jìn)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(jī)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 9 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(qiáng)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(jìn)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?，減小環(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。 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。 DS18B20 性能特點 (1) 獨特的單線接口方式，只需一個接口引腳即可通信； (2) 每一個 DS18B20 都有一個唯一的 64 位 ROM 序列碼； (3) 在使用中不需要任何外圍元件； (4) 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍 :++ V； (5) 測溫范圍 :55℃ +125℃，在 10℃ +85℃范圍內(nèi)精度為 +℃，分辨率為℃； (6) 通過編程可實現(xiàn) 912 位的數(shù)字讀數(shù)方式。溫度轉(zhuǎn)換成 12位數(shù)字信號所需時間最長為 750ms，而在 9位分辯模式工作時僅需 ； (7) 用戶可自設(shè)定非 易失性的報警上下限值； (8) 告警搜索命令可識別和定位那些超過報警限值的 DS18B20； (9) 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫； (10)電源極性接反時， DS18B20 不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 內(nèi)部存儲器及溫度數(shù)據(jù)格式 10 對于 DS18B20 內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)（如圖 ），它包括一個暫存 RAM 和一個非易失性電可擦除 EERAM,后者存放報警上下限 TH、 TL。當(dāng)改變 TH、 T L 中的值時，數(shù)據(jù)首先被寫進(jìn)暫存器的第二、三字節(jié)中，主機(jī)可再讀出其中內(nèi)容進(jìn)行驗證。 如果正確，當(dāng)主機(jī)發(fā)送復(fù)制暫存器命令，暫存器的第二、三字節(jié)將被復(fù)制到 TH、 TL 中，這樣處理有利于確保該數(shù)據(jù)在單總線上傳輸?shù)耐暾?[7]。 暫存器結(jié)構(gòu) EERAM結(jié)構(gòu) 圖 DS18B20結(jié)構(gòu)框圖 暫存存儲器作用是在單線通信時確保數(shù)據(jù)的完整性，它由 8 字節(jié)組成，頭兩個字節(jié)表示測得的溫度讀數(shù)。 以 12 位轉(zhuǎn)化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式 （ 溫度的存儲形式如表 ） 及計算： 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個高低 8 位的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位。如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果 溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1，再乘于 才能得到實際溫度 [8]。 表 溫度的存儲形式 高 8位 S S S S S 26 25 24 低 8位 23 22 21 20 21 22 23 24 S=1 時表示溫度為負(fù)， S=0 時表