【正文】 19 第 5 章 溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體構(gòu)成 本系統(tǒng)通過溫度傳感器將現(xiàn)場溫度傳至單片機(jī)，并將采集到的溫度與用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度，進(jìn)行比較是否超越極限以此控制蜂鳴器自動報(bào)警，從而達(dá)到檢測溫度的目的，其主要由溫度采集 模塊 、LED顯示 模塊 、鍵盤輸入 模塊以 及報(bào)警 模塊 等組成。 M A S T E R R E A D “ 0 ” S L O T1 u s T r e c ∞M A S T E R R E A D “ 1 ” S L O T1 5 u s 1 5 u s 3 0 u s1 5 u s 1 u s1 W I R E B U SM A S T E R S A M P L E SM A S T E R S A M P L E SV C CG N D圖 46 DS18B20 的讀時(shí)序 DS18B20的寫 時(shí)序 DS18B20的寫時(shí) 序 分為 寫 1時(shí)序和寫 0時(shí) 序 ，其寫時(shí) 序如圖 47所示 [23,24]。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖，說明單總線器件在線。初始化 時(shí)序如圖 37 所示， 脈 沖使單片機(jī)知道，總線上有 1wire 設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。 DS18B20 嚴(yán)格的 通信協(xié)議 確保了 數(shù)據(jù) 的 正常 傳輸，該 協(xié)議規(guī)定了 以下幾種 操作 時(shí)序： 初始化 時(shí)序、讀時(shí)序 、寫時(shí)序。 其中配置寄存器的格式如下表 43所示。 64位 ROM用于數(shù)據(jù)校驗(yàn)， 溫度傳感器是 DS18B20的內(nèi)部測溫設(shè)備，溫度報(bào)警觸發(fā)器用 來設(shè)置溫度報(bào)警的上下值，配置寄存器用來設(shè)置 使用 DS18B20時(shí)的工作方式及溫度的分辨率。 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20的引 腳排列如 圖 43所示， 它 具有 3腳 PR35封裝和 8腳 SOIC封裝兩 種封裝模式。最高精度可達(dá)到 ℃ 。 （ 4） 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) ，沒有外圍電路。 下面將分別介紹其功能特點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用方法。當(dāng)一條總線上有多個單總線設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)可以通過不同的序列號來識別總線上掛著的不同設(shè)備。 任何單總線系統(tǒng)都包括一臺主機(jī)和一個或多個從機(jī)。 近年來 DALLAS半 導(dǎo)體公司推出了 單總線（ 1Wire Bus）技術(shù) ,與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式不同，它采用單根信號線，且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。 1WIRE 總線技術(shù) 單總線技術(shù)概述 目前常 用的微機(jī)與外設(shè)串行總線主要有我們熟悉的 I2C總線， SPI總線， SCI總線。 定時(shí) 器 0 和 定時(shí)器 1的標(biāo)志 位 TF0 和 TF1在定時(shí)器溢出那個機(jī)器周 期的 S5P2 狀態(tài) 置位，而會在下一個機(jī)器周期才 查詢到該中斷標(biāo)志。 捕 捉 方式 ： 在捕 捉 方式下，通 過 T2CON 控制位 EXEN2來選 擇兩種方式。 在計(jì)數(shù)工作方式時(shí) ，當(dāng) T2引腳上 外部輸入信號產(chǎn)生 由 1至 0的下 降沿時(shí)，寄存器 的值加 1， 在這種工作方式下，每個機(jī)器周期 的 5SP2 期 間，對外部輸入進(jìn)行采樣。 定時(shí)器 2是一個 16位的 定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 在 flash編程期間， EA也接收 12V的 Vpp電壓 。 PSEN： 外部 程序 存儲器選通信號 是外部程序存儲器 選通信號，當(dāng) AT89S52從 外部程序存儲器 執(zhí)行外部代碼 時(shí)， PSEN在 每個機(jī)器周期 被激活 兩 次 ， 而 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí) ， PSEN將不被 激活。 一般情況下， ALE 以 時(shí)鐘振蕩頻率 的 1/6 輸 出固定的脈沖信號，可 用來作為外部定時(shí)器或始終使用，然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次 訪問外部數(shù)據(jù)存 儲器時(shí) ， ALE脈沖 將跳過。特殊寄存 器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO位 可以使此功能無效 。 表 42 P3 口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外 中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 外部輸入） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 在 falsh編 程和校驗(yàn) 時(shí)， P3口 也接收一些 控制信號。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯 電平 。 在訪問外部程序存 儲器或 16位地 址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí) 行 MOVX DPTR）時(shí)， P2口 送 出高 8 位地 址數(shù)據(jù)。 此外 ， 可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù) 器 2的 外部計(jì)數(shù)輸入 （ ） 和 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的 觸發(fā)輸 入 （ ）， 具體 如 表 41所示。 在 Flash編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻 。 10 ( T 2 E X ) P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4( M O S I ) P 1 . 5( M I S O ) P 1 . 6( S C K ) P 1 . 7R S T( R X D ) P 3 . 0( T X D ) P 3 . 1( I N T 0 ) P 3 . 2( I N T 1 ) P 3 . 3( T 0 ) P 3 . 4( T 1 ) P 3 . 5( W R ) P 3 . 6( R D ) P 3 . 7X T A L 2X T A L 1G N D P 2 . 0 ( A 8 )P 2 . 1 ( A 9 )P 2 . 2 ( A 1 0 )P 2 . 3 ( A 1 1 )P 2 . 4 ( A 1 2 )P 2 . 5 ( A 1 3 )P 2 . 6 ( A 1 4 )P 2 . 7 ( A 1 5 )P S E NA L E / P R O GE A / V P PP 0 . 7 ( A D 8 )P 0 . 6 ( A D 7 )P 0 . 5 ( A D 5 )P 0 . 4 ( A D 4 )P 0 . 3 ( A D 3 )P 0 . 2 ( A D 2 )P 0 . 1 ( A D 1 )P 0 . 0 ( A D 0 )V C C( T 2 ) P 1 . 0P D I P 圖 41 AT89S52 引腳圖 P0口 ： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 該 器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) ,功能強(qiáng)大的 AT89S52 單片機(jī)可為 用戶提供許多較復(fù)雜的應(yīng)用控制 場合 解決方案 。如 +85℃的數(shù)字輸 出 0550H， +℃的 數(shù)字輸出 為 00A2H， ℃的數(shù)字 輸 出為 FF5EH。 DS18B20上電 后默認(rèn)的分辨 率是 12 位， 當(dāng) DS18B20 接收到總線上單片機(jī) 發(fā)來的溫度轉(zhuǎn)換 命令（ 44H）后 ，DS18B20就開 始進(jìn)行溫度的轉(zhuǎn)換。 溫度寄 存器 與 計(jì) 數(shù)器 1 被 預(yù)置 在 55℃所對 應(yīng)的 一個基數(shù)值。 （ 3） IC 集成溫度傳感器 ， 全數(shù)字化讀取，必須配合單片機(jī)使用，可以連接成網(wǎng)絡(luò)使用，三線即可讀取溫度，電源、地、數(shù)據(jù) [7]。 （ 2） 熱 電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。非接 觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測 物體 接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快 ； 但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 同時(shí)，以 MCS51 技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機(jī)已成為許多 廠家、 電氣公司競相選用的對象 ，并以 此為基準(zhǔn)，推出許 多與 MCS51有極 好兼容性的 CHMOS單片機(jī) ，同時(shí)增加了一些新的功能，而且 AT89S52單片機(jī) 有 其獨(dú)特的特點(diǎn)，可以支持在線編程， 考慮到成本及自己熟悉程度的問題，本設(shè) 計(jì)采 用 AT89S52單 片機(jī) [6]。 89S52 單片機(jī)本身的電源電 壓是 5V， 有 兩種低功 耗方式：待機(jī) 方式和掉電方式。它的 中斷 系統(tǒng)支持 10 個中斷向量及 10 余個中斷源 ， 片內(nèi) 具有 靜態(tài)RAM 和多 功 能的 I/O口，并且其 ROM 的 尋址能力較強(qiáng) ，同時(shí)它 所具有的獨(dú)特的 乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令 為其應(yīng)用添加 了不少色彩 ， 使得 該類型 單片機(jī) 在 一些 復(fù)雜的數(shù)字信號處理 中很有優(yōu)勢 。 單片機(jī)的選擇 凌陽單片機(jī) 隨著單片 機(jī)功能集成化的發(fā)展， 單片機(jī)的應(yīng)用范圍也逐漸地由傳統(tǒng)簡單功能的控制，擴(kuò)展成過程控制 、 數(shù)字信號處 理（ DSP， Digital Signal Processing） 以及 數(shù)據(jù) 分析 等 領(lǐng)域。 方案 二：采 用 LCD 液晶顯示器 進(jìn)行 顯 示。 這樣 ， 使用 DS18B20來進(jìn)行溫度的測量就大大簡化了測溫電路的難度并且 體積也不大 ， 總體電路 顯得更加 簡潔 ， 在 搭建電路和焊接電路 也更 快 ， 而且集成塊的使用 ，能 有效地避免外界的干擾 ， 提高測量電路的精確度 ， 所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢 [3,4]。 另外 ， 這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器 ， 不能進(jìn)行多點(diǎn)測量 ， 即使能實(shí)現(xiàn) ， 也要用到復(fù)雜的算法 ， 一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度 。 此方案的硬件電路過于繁瑣，不可取。 4 第 2 章 系統(tǒng)方案 論證與比較 溫度傳感器的選擇 溫度檢測系統(tǒng)有 其 共同的特點(diǎn) ： 測量點(diǎn)多 、 環(huán)境復(fù)雜 、 布線分散 、 現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等 。第五章則是溫度檢測系統(tǒng) 的硬件設(shè)計(jì)，主要包括各關(guān)鍵部位的電路設(shè)計(jì)。在第一章中主要介紹當(dāng)前溫度檢測技術(shù)的背景及其意義，討論下該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描的方式，為了增強(qiáng)數(shù)碼管的顯示效果并對單片機(jī) 3 的 P0口進(jìn)行上拉，并用 PNP型的三極管來驅(qū)動數(shù)碼管。 研究設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本文主要講 述了一個基于 AT89S52單片機(jī) 的溫度檢測系統(tǒng)。所以在未來測量溫度的范圍會有所擴(kuò)大，比如在超高溫的測量。 （ 3） 新產(chǎn)品的開發(fā) 。 通過對以上溫度檢測新技術(shù)的概述可以看出， 未來 溫度檢測 技術(shù) 的發(fā)展趨勢 主要表現(xiàn)在下面幾個 方面： （ 1） 加強(qiáng)新原理、新材料、新加工工藝的開發(fā)。 （ 6） 采用 光纖溫度檢 測器 ，這種 是目前光纖傳感器中發(fā)展較快的一種 ， 它是利用雙折射光纖的傳輸光信號滯后量隨溫度變化的原理 而 制成的雙折射光纖溫度檢測器，檢測精度在 ? 1℃ 以內(nèi)，測溫范圍可以從絕對 0℃ 到 2020℃ 。其特點(diǎn)如下： ① 感溫元件的阻值幾乎不影響測量精確度； 2 ② 輸出噪聲電壓大小與溫度是比例關(guān)系 ； ③ 不受壓力影響 ； 因此，它是可以直接讀出絕對溫度值而不受材料和環(huán)境條件限制的溫度檢測器。 （ 3） 石英晶體溫度檢測器 。目前，國內(nèi) 在這方面也開始了生產(chǎn)。 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 在當(dāng)今時(shí)代 ， 溫度檢測技術(shù) 日新月異 ， 許多 新的 溫度檢測 的 技術(shù) 不斷得到 開發(fā) ， 并且 取得了 很大的進(jìn)展。 例如在 電力工程、食品加工、 冶金工業(yè)、 化工 生產(chǎn)造紙行業(yè) 和 機(jī)械制造等諸多領(lǐng)域中， 需要對各類 反應(yīng)爐、加熱爐和 熱處理爐 的 溫度進(jìn)行測量并進(jìn)行控制 ，尤其是 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以保證 生產(chǎn)能 夠順利進(jìn)行，從而產(chǎn)品的質(zhì)量才能得到有效 的保證 [1]。 Temperature collect。 溫度采集電路 采用單總線型數(shù)字式的溫度傳感器 DS18B20，DS18B20 與 AT89S52 單片機(jī) 結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡單的溫度檢測與報(bào)警系統(tǒng) 。 I 基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 ： 當(dāng)今時(shí)代，單片 機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我 們的 生活、工作 等 方方面面， 已經(jīng)成為 了 一種比較成熟的技術(shù) 。 本文 介紹了一個基于 AT89S52單片機(jī)的 溫度檢測系統(tǒng) ， 該系統(tǒng)是以 AT89S52單片機(jī)為核心元 件，外加溫度采集電路、顯示電路和報(bào)警電路 等 。 關(guān)鍵詞 ： AT89S52單片機(jī)； 溫度采集 ； DS18B20； 報(bào)警 Design of Temperature Detection System Based on Microcontroller Abstract:Nowadays,microcontroller technology has be popular in our lives,works and so on,which has bee a relatively mature is a very mon and important element during the production process and people’s daily lives,so we often need to check temperature and control it,but it is more convenient for us that using microcontroller to check and control temperature. Temperature measurement is th