【正文】 在寫數(shù)據(jù)時間隙的前 15us 總線需要是被控制器拉置 為 低電平，而后則將是芯片對總線數(shù)據(jù)的采樣時間，采樣時間在 15～60us，采樣時間內(nèi)如果控制器將總線拉高則表示寫 “1”，如果控制器將總線拉低則表示寫 “0”。 //單片機將 DQ 拉低 delay1(80)。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us，各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復期。 DS18B20 數(shù)據(jù)的讀寫由主機讀寫時間來完成的，包括初始化、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)。 其總體框圖如 圖 所示 ： 溫 度 采 集 發(fā) 送 接 收 P C 機顯 示處 理 圖 系統(tǒng) 程序模塊圖 湖南人文科技學院畢業(yè)設計 23 系統(tǒng)軟 件總流程圖 本 設計 軟件總的流程圖包括溫度采集、溫度數(shù)據(jù)發(fā)送、溫度數(shù)據(jù)接收、實時時鐘、實時顯示、實時監(jiān)控、實時調(diào)整、超限報警。 低電壓低功耗是其又一顯著特點。 時鐘可工作在 24小時格式或 12小時 (AM/PM)格式 ， 單片機與 DS1302接口使用同步串行通信，僅需三根線連接： ① /RST(復位 )，② I/O(串行數(shù)據(jù) )， ③ SCLK(串行時鐘 )。 FLUSH_TX 1110 0001 清除 TX_FIFO 寄存器，應用于發(fā)射模式。本系統(tǒng)采用 Enhanced ShockBurst TM 模式 ， 在該模式下 ，nRF24L01 自動處理字頭和 CRC校驗碼 ， 在接收數(shù)據(jù)時自動將字頭和 CRC校驗碼移湖南人文科技學院畢業(yè)設計 18 去 ， 在發(fā)送數(shù)據(jù)時自動加上字頭和 CRC校驗碼。 ③ 126頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要。計數(shù)器被預置為與 55℃ 對應的一個基數(shù)值，如果計數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計數(shù)到零，表示測量的溫度高于 55℃ ，被預置在 55℃ 的溫度寄存器的值就增加 1℃ ，同時為了補償和修正溫度振蕩器的非線性，計數(shù)器被斜率累加器所置定的值進行預置，時鐘再次使計數(shù)器計數(shù)直至零，如果開門時間仍未結(jié)束，那么重復此過程，直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。如果測量的溫度值高于溫度報警觸發(fā)器 TH 或低于 TL 中的值，則DS18B20 內(nèi)部的報警標志位就被置位，表示溫度測量值超出范圍。第一、二個字節(jié)是溫度數(shù)據(jù) (MSB， LSB)，可以在系統(tǒng)配置寄存器中自行設置數(shù)據(jù)位數(shù) (9～ 12 位 )，數(shù)據(jù)位越多溫度分辨率越高，多余的高位是溫度數(shù)據(jù)的符號擴展位。 MAX232 的第 10 腳和單片機的 11 腳連接，第 9 和單片機的10 腳連接。另外， STC89C52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。數(shù)據(jù)采集端負責數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送 ；數(shù)據(jù)接收端負責數(shù)據(jù)的接收和處理 。 ③ nRF903[21]單片射頻收發(fā)器芯片 是 工作在 915MHZ 國際通用的 ISM 頻段 ；GMSKJGFSK 調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強 ； 采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好 ； 靈敏度高達 100dBm，最大發(fā)射功率達 +10dBm； 數(shù)據(jù)速率可達 ；170 個頻道，適合需要多信道工作的特殊場合 ； 可方便地嵌入各種測量和控制系統(tǒng)中進行無線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計算機遙測遙控系統(tǒng)等中應用。 ⑤ 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù) ； 較少的管腳以及較小的封裝，有利于減少 PCB 面積降低成本，適合攜式產(chǎn)品的設計，也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。 DS18B20 的測溫范圍 55～125℃ ，最高分辨率可達 ℃ ，由于每一個 DS18B20 出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。在傳感器通電工作后自動按一定速率對溫度進行檢測，并在片內(nèi)寄存器中存儲轉(zhuǎn)換的溫度值，主機可以在任意時刻讀出傳感器溫度值。 湖南人文科技學院畢業(yè)設計 6 常用的數(shù)字溫度傳感器主要有 ： ① AD7418[12]是美國模擬器件公司 (ADI)推出的單片溫度測量與控制用集成電路。數(shù)據(jù)接收端接收到采集端發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將數(shù) 據(jù)按照通信協(xié)議拆包，取出里面的有效數(shù)據(jù)并通過串口發(fā)送給計算機，由計算機對采集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理。而系統(tǒng)環(huán)境的影響可能會有不確定的電磁干擾等 。 湖南人文科技學院畢業(yè)設計 4 第二章 系統(tǒng)的總體 方案設計 溫度測量有許多方法，可供選擇的器件和運用的技術(shù)也有多種。 ② 采用 無線傳輸芯片進行數(shù)字信號傳輸，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的實時傳送。 ② 商品化產(chǎn)品以 PID 控制器為主，智能化儀表少，這方面同國外差距較大。 國內(nèi)外研究 現(xiàn)狀 由于工業(yè)過程控制的需要 ， 特別是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外溫度測控系統(tǒng)發(fā)展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取 得顯著成果。同時受到導線電阻和分布電容的影響，測量誤差比較大，易受雷擊。主要 以 STC89C52 單片機為核心 ， 以 nRF24L01 收發(fā)器為溫度無線傳輸模塊并輔有一些外部元件 ， 加 上 一塊 DS1302 時鐘芯片 顯示時間 ，應用 DS18B20 對溫度進行采集，接收到的溫度數(shù)據(jù)不僅可以通過 LCD 液晶顯示而且還可以通過 RS232 通信協(xié)議標準直接到 PC 機上顯示。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 DS1302。特別是在有線網(wǎng)絡不通暢或現(xiàn)場環(huán)境因素受限不便架設線路的情況下，高效、快捷。目前我國在測控儀表研究與生產(chǎn)應用中，總結(jié)了很多經(jīng)驗，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控 制器及測溫儀表來說，總體發(fā)展水平仍然不高。主機端由一塊 STC89C52，一塊 DS1302，一塊液晶和 MAX232 組成通過串口將傳輸過來的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，用戶可以對每個節(jié)點按照需要自行設定一個溫度，如果 傳輸過來的溫度比設定的溫度低，那么主機將自動啟動加熱系統(tǒng)對當節(jié)點溫度進行提高處理，相反當傳輸過來的溫度比預設的溫度高，主機將會報警，并自動啟動降溫裝置，對該節(jié)點溫度進行降溫。 ② 在硬件設計時，結(jié)構(gòu)要盡量簡單實用、易于實現(xiàn)，應盡量使用各種總線技術(shù)，以節(jié)約系統(tǒng)有限的 I/O 口 資源，并使系統(tǒng)電路盡量簡單。測溫系統(tǒng)的體積要盡可能的小，這樣才能減少占用的空間， 而且更便于安裝和更換。數(shù)據(jù)采集端負責數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送 ； 數(shù)據(jù)接收端負責數(shù)據(jù)的接收和處理。在如此眾多的產(chǎn)品 中選擇出合適的器件，應該把握以下幾點 [l]:外圍電路應該盡量簡單 ； 測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本 ； 溫度傳感器采用的總線負載能力如何，能否滿足多點測溫的需要 ； 占用 MCU 的 I/O 引腳數(shù)情況如何，因為 MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限 。AD7418 可以級聯(lián)至多 8 片在同一個 I2C 總線上?？梢苑謩e在 和750ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量。 ② 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量 ； 芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復雜程度和成本，因此應該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、 PLL合成、 FSK 調(diào)制、 FSK 解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點。掉電模式和待機模式下電流消耗更低。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適 于常規(guī)編程器。復位電路應具有上電復位和手動復位功能。所以多片 DS1SB20 能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會造成混亂。溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16 位二進制補碼的形式存放在便箋式存儲器中，其中第一個字節(jié) (Byte0)存放測溫結(jié)果的低 位 (LS Bytes)，第二個字節(jié)母 (Byte1)存放測溫結(jié)果的高位 (MS Bytes)， S 為符號位，其它位為數(shù)據(jù)位，溫度為負時 S=l； 溫度為正時 S=0。如圖 所示。 圖 為 溫度采集電路的設計 [10]： 湖南人文科技學院畢業(yè)設計 17 GND1DQ2VCC3U5DS18B20VCCRXD 圖 溫度采集電路 無線數(shù)據(jù)傳送模塊 nRF24L01是一款工作在 ～ ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片。 ⑧ 內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括 DC/DC開關(guān)電源均 有很好的通信效果。讀操作全部從字節(jié) 0 開始，當讀 RX 有效數(shù)據(jù)完成后， FIFO 寄存器中有效數(shù)據(jù)被清除，應用于接受模式下。除電源 VCC和接地端，其余腳都可以直接 和普通的 5V單片機 I/O口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。 帶中文字庫的 12864 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864 內(nèi)置 8192 個 1616 點漢字和 128 個 168 點 ASCII 字符集 。 系統(tǒng)的 主要程序模塊 程序主要由以下功能模塊組成：上電初始化程序、無線收發(fā)程序、數(shù)據(jù)包打包拆包程序、數(shù)據(jù)處理程序。 ROM 操作命令均為8 位，命令代碼分別 為 ： 讀 ROM(33H)、匹配 ROM(55H)、跳過 ROM(CCH)、搜索ROM(F0H)和告警搜索 (ECH)命令。在開始另一個寫周期前必須有 1us 以上的高電平恢復期。 DQ = 1。 delay1(15)。 湖南人文科技學院畢業(yè)設計 28 圖 DS18B20 寫時間隙圖 下面為根據(jù)寫數(shù)據(jù)的時序圖編寫的 DS。 x=DQ。初始化時序如圖 所示，其圖例同樣適用于寫時序和讀時序 [2]： 圖 DS18B20 復位及應答關(guān)系示意圖 DS18B20 的初始化是通過以下代碼實現(xiàn)的： /********************************************************************* *功能 :延時函數(shù) *******************************************************************/ void delay1(unsigned int i) { while(i)。寫數(shù)據(jù) ： 將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。內(nèi)存訪問命令完成溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作 (單總線在 ROM 命令發(fā)送之前存儲命令和控制命令不起作用 )。 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1STC89C52VCCVSS1VDD2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16/RES17NC18LED19LED220*LCD 圖 LCD 顯示電路 湖南人文科技學院畢業(yè)設計 22 第四章 系統(tǒng)軟件的設計 系 統(tǒng) 的 軟件設計時充分考慮到各傳感器和無線收發(fā)器之間的時序問題，既要做到程序簡單，又要盡量降低無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其模塊電路圖如圖 ： 湖南人文科技學院畢業(yè)設計 20 2KR5VCC21X12X23GND4VCC15SCLK6I/O7RST8U4DS1302BT1Battery2KR32KR4VCC12Y2104C11Cap104C10CapVCC 圖 實時時鐘電路 報警電路 設計 本設計還具有 超限報警功能，當節(jié)點溫度大于預設的溫度時，系統(tǒng)會自動啟動報警，提示用戶，并自動啟動降溫裝置。 VCC腳接電壓范圍為 ～ ，不能在這個區(qū)間之外，超過 。其 引腳 圖如圖： 圖 nRF24L01 引腳 圖 nRF24L01 的寄存器設置 nRF24L01 所有配置都在寄存器中，所有的寄存器都是通過 SPI 口進行配置的。 ⑥ 內(nèi)置 ，體積小巧 15mm22mm。溫度值由主機發(fā)出讀存儲器命令讀出，經(jīng)過取 補和十進制轉(zhuǎn)換，得到實測的溫度值 [19]。 12 位精度的最大轉(zhuǎn)換時間為 750ms[19]。第 8 字節(jié)保留未用。 DS18B20 基本 結(jié)構(gòu) 圖 圖 為 DS18B20 的引腳和封裝圖 ： 圖 DS18B20 引腳和封裝圖 每片 DS18B20 含有一個唯一的 64 位 ROM 編碼。復位電路的設計要求其一要保證整個系統(tǒng)可靠復位，二要有一定的抗干擾能力。 STC89C52 微處理器 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K可編程