【正文】 其要求越來越高，需求越來越迫切。 傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直 接影響系統(tǒng)的性能。 其發(fā)展速度之快，以及其 應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。文章將介紹智能集成溫度傳感器 DS18B20 的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳感器， AT89C52 單片機(jī)為控制器構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。 1． DS18B20 性能特點(diǎn) DS18B20 的性能特點(diǎn)：①采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O 口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（ 9 位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位），②測(cè)溫范圍為 55℃ +125℃，測(cè)量分辨率為 ℃ , ③內(nèi)含 64 位經(jīng)過激 2 光修正的只讀存儲(chǔ)器 ROM，④適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)，⑤用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限，⑥內(nèi)含寄生電源。 3. DS18B20 控制方法 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 Vcc 接外部電源， GND接地， I/O 與單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) UDD、 GND 接地，I/O 接單片機(jī) I/O。如主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)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。 DS18B20 在芯片的內(nèi)部自帶模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的 ， 使用起來非常的方便 。 3 本設(shè)計(jì)應(yīng)用性 和實(shí)用性都 比較強(qiáng) ，只要應(yīng)用不同的傳感器就可以用到不同的系統(tǒng)中，比如壓力監(jiān)測(cè)、風(fēng)速、濕度等等，并且通信采 用的是紅外信號(hào)，在使用時(shí)基本上不用改變?cè)械脑O(shè)備 。文中傳感器理論、 紅外通信技術(shù)、 單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用 DS18B20 傳感器探測(cè)環(huán)境溫度的 過程以及紅外指令信號(hào)的發(fā)送與接收 。 設(shè)計(jì)要求如下： 設(shè)計(jì)制作一個(gè)辦公室空調(diào)節(jié)電控制器來控制辦公室空調(diào)的電源。時(shí)允許開啟制熱，達(dá)到 18176。時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，自然升溫到 28176。 方案設(shè)計(jì)比較 方案一 ：直接在空調(diào)的控制裝置中加入溫度傳感器的溫度檢測(cè)電路，同時(shí)加入相關(guān)的程序。 方案三： 同樣采用獨(dú)立的模塊，直接用不具有硬件 I2C 總線控制單元的 51 單片機(jī)和溫度傳感器檢測(cè)電路構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的模塊，通過判斷檢測(cè)到的不同的溫度值來控制空調(diào)的運(yùn)行， 同時(shí) 這次我們采用紅外通信的方式，這也就 要求模塊能夠?qū)W習(xí)存儲(chǔ)不同紅外遙控器的指令，并且依據(jù)檢測(cè)到的溫度像空調(diào)發(fā)送不同的空調(diào)指令，因而在硬件電路上還要加上紅外接收和紅外發(fā)送的電路，以及外部的存儲(chǔ)器。 第 3 章 整體電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路與方法 電路設(shè)計(jì)仿真軟件有很多種，像 Multisim,Proteus,Protel 等， 我選擇用 Protel dxp 作為我的電路制圖軟件，因?yàn)椋? 1. Protel DXP 是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng) ，電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn) 。 6 軟件選擇后，然后就是要對(duì)系統(tǒng)功能模塊化，把系統(tǒng)分成若干不同功能的模塊，然后分別繪制所需的模塊。 基本功能模塊電路 溫度采集模塊 1. DS18B20基本介紹 該模塊使用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器，沒有采用傳統(tǒng)的熱敏電阻和 AD轉(zhuǎn)換等方式進(jìn)行溫度采集，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，并且也提高了可靠性和 穩(wěn)定性。 圖 DS18B20存貯器結(jié)構(gòu)圖 每一 DS18B20包括一個(gè)唯一的 64位長(zhǎng)的 ROM編碼，由于多個(gè)傳感器可以漏極開路的形式掛載在一根總線上，因此主機(jī)搜索不同的 ROM編碼就可以找到不同的傳感器， ROM編碼格式如圖 。數(shù)據(jù)在單線接口上串行發(fā)送。 DS18B20采用 +5V電源供電，而不采用數(shù)據(jù)線供電的寄生電源供電 形式，目的在于減少溫度轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取的時(shí)間，提高傳感器的工作效率。 圖 溫度采集電路 9 系統(tǒng)控制模塊 1. 內(nèi)部時(shí)鐘電路。晶體振蕩頻率可在 ，根據(jù)實(shí)際情況，選擇 。1. 24C02基本介紹 24C02是一個(gè) 2K存儲(chǔ)空間的 COMS EEPROM，內(nèi)部含有 256個(gè) 8位字節(jié)， 16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器。 開始信號(hào)： SCL為高電平時(shí)， SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘（ SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。因此必須在數(shù)碼管輸入端接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)的接法有多種，可以使用上面模塊電路中所使用的方法，直接經(jīng)上拉電阻接到電源，還有一種方式就是接驅(qū)動(dòng)芯片，滿足信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。第六位為負(fù)數(shù)字符 “”顯示。 一般紅外電視遙控器的輸出都是用編碼后串行數(shù)據(jù)對(duì) 38～ 40kHz的方波進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。一般電視遙控器的遙控編碼是連續(xù)的 32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。從接收端出來的數(shù)據(jù)波形如圖 ： 14 圖 解調(diào)出來的指令信號(hào) 整個(gè)紅外發(fā)送以及與單片機(jī)的接口原理圖如 圖 ： 圖 紅外發(fā)射與接收部分 P3是 TL0038的原理框圖，它的數(shù)據(jù)端直接接到單片機(jī)的 P32外部中斷 0口，發(fā)送端口則接到 P31端，為增大發(fā)射功率加了一個(gè)三極管放大電流。 16 第 4 章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 我把軟件分成了以下幾個(gè)部分：紅外 指令信號(hào)的撲捉識(shí)別、紅外指令信號(hào)的調(diào)制發(fā)射、 E2PROM外部存儲(chǔ)器的存取、溫度傳感器的溫度的檢測(cè)及數(shù)碼管顯示和 單片機(jī)的主程序。 紅外指令信號(hào)的調(diào)制發(fā)射 當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到的溫度達(dá)到設(shè)定的臨界值時(shí)，單片機(jī)就要通過紅外發(fā)送電路向空調(diào)發(fā)送已經(jīng)學(xué)習(xí)過的相應(yīng)的指令信號(hào)。 而 DS18B20溫度傳感器的操作必須掌握嚴(yán)格的時(shí)序，這一點(diǎn)非常重要，當(dāng)初設(shè)計(jì)之時(shí)我就在這里下了很大功夫。 DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 19 圖 讀時(shí)序圖 DS18B20 的寫時(shí)序 如圖 所示 ： 對(duì)于 DS18B20 的寫時(shí)序仍然分為寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序兩個(gè) 過程。 I2C總線介紹 I2C總線是由 PHILIPS公司推出的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，它是同步信號(hào)的一種特殊形式，具有接口線少、控制簡(jiǎn)單、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。 CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和數(shù)據(jù)碼兩部分：地址碼用來選址，即接通 20 需要控制的電路，數(shù)據(jù)碼是通信的內(nèi)容，這樣各 IC電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立。在主從工作方式中，主控制器啟動(dòng)數(shù)據(jù)的發(fā)送，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，發(fā)出停止信號(hào)。器件地址有 7位和 10兩種，這里只介紹 7位的地址尋址方式。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目，如一個(gè)從機(jī)的 7位尋址位有 4位為固定位， 3位為可編程位，則只能尋址 8個(gè)同類的器件，即可以有 8個(gè)同樣的器件 接入到 I2C總線中。 在全部數(shù)據(jù)傳輸完畢后，主機(jī) 發(fā)送停止信號(hào)，即在 SCL為高電平期間， SDA上產(chǎn)生一上升沿信號(hào)，停止時(shí)序圖如下： 24 圖 I2C總線停止時(shí)序圖 目前市場(chǎng)上 很多單片機(jī)都已經(jīng)具有硬件 I2C總線控制單元，這類單片機(jī)工作時(shí)，總線狀態(tài)由硬件監(jiān)測(cè)，無須用戶介入，操作非常方便。 I2C總線的起始信號(hào)、終止信號(hào)、應(yīng)答或發(fā)送“ 0” 、非應(yīng)答或發(fā)送“ 1”的模擬時(shí)序如下： 圖 4..13 I2C總線模擬時(shí)序圖 單片機(jī)在模擬 I2C總線通信時(shí)，需寫出如下幾個(gè)關(guān)鍵的程序：總線初始化、啟動(dòng)信 25 號(hào)、應(yīng)答信號(hào)、停止信號(hào)、寫一個(gè)字節(jié)、讀一個(gè) 字節(jié)，本程序中 I2C幾個(gè)主要程序表示如下： void init() //總線初始化 void start() //起始信號(hào) void respons() //應(yīng)答信號(hào) void stop() //停止信號(hào) void writebyte(uchar date) //寫一個(gè)字節(jié) uchar readbyte(void) //讀一個(gè)字節(jié) void write_add(uchar address,uchar date) //任意一地址寫入一數(shù)據(jù) read_add(address) //任意地址讀一個(gè)數(shù)據(jù) 單片機(jī)的主程序 控制器的主程序是整個(gè)系統(tǒng)的主線程序，其他的程序模塊都是圍繞著這個(gè)主程序而運(yùn)行的，我的主程序流程框圖如下： 26 圖 主程序流程框圖 27 第 5 章 設(shè)計(jì)演示結(jié)果 按照前面模塊化系統(tǒng)功能的原則，經(jīng)過努力， 各個(gè) 硬件 模塊 已成功實(shí)現(xiàn)其基本功能。 28 秒表正在計(jì)數(shù) 突然斷電 29 從新上電，可見單片機(jī)從上次斷電時(shí)的數(shù)據(jù)開始計(jì)數(shù)，說明存儲(chǔ)成功。 這是我的紅外遙控器。 相對(duì)于傳統(tǒng)的 大量需要節(jié)能控制的空調(diào)，控制器 具有良好的應(yīng)用前景 。發(fā)現(xiàn)了這么多問題，我想，在以后的工作和學(xué)習(xí)中都將是我寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 而空調(diào)的節(jié)能控制還是一個(gè)市場(chǎng)的空白， 本裝置 的 設(shè)計(jì)成功則 恰恰滿足這一要求， 當(dāng)然本裝置還有很多需值得改進(jìn)的地方，比如只能識(shí)別 32位的空調(diào)指令，不能進(jìn)行紅 外人體感應(yīng)等 ， 在以后的時(shí)間里我將進(jìn)一步逐漸實(shí)現(xiàn)這些 功能。 35 void react(void)。 void WriteOneChar(unsigned char dat)。 /************************************************************************/ //i2c頭文件 sbit wp=P1^5。 uchar sec=0,num=0。 uint i=0,j=0。//定義喇叭的端口，所有的 deep換成 speaker sbit seg1=P1^1。//ds18b20 端口 sfr dataled=0x80。//7段數(shù)碼管段碼表共陽(yáng) uchar str[3]。 bit learn_end=0。//定義遙控器鍵值暫存 uint count=0。//系統(tǒng)碼值 uchar mon_code_count=0。//定義紅外發(fā)射管的亮滅 sbit P3_3=P3^3。//紅外發(fā)送高低電平標(biāo)志 char iraddr1。 for(x=0。y++)。 delay()。 delay()。 } void respons() //應(yīng)答信號(hào) { uchar i。amp。 } void stop() //停止信號(hào) { sda=0。 sda=1。 temp=date。i++) { temp=temp1。 scl=1。 sda=1。 delay()。i++) { scl=1。 scl=0。 writebyte(0xae)。 writebyte(date)。 40 start()。 respons()。 date=readbyte()。 } //紅外指令信號(hào)的發(fā)送 void timer2() interrupt 5 { TF2=0。 if(flag==1) { op=~op。 41 char irdata=p_irdata。 flag=1。 flag=0。i8。 do{}while(count2endcount)。 count2=0。//發(fā)送十六位地址碼的后八位 for(i=0。 count2=0。 } flag=0。 } irdata=p_irdata。 flag=1。 } else { endcount=15。 irdata=irdata1。i++) { endcount=10。 if(irdata(irdata/2)*2) { endcount=40。 do{}while(count2endcount)。 count2=0。//紅外接收端口置位 EA=1。//定時(shí) 50us TH0=