【正文】 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 3 調(diào)研報告 溫濕度 測量是現(xiàn)代檢測技術的重要組成部分 ,在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關鍵的作用。單片機適用于測量和控制領域，它以芯片形式嵌人到電子產(chǎn)品或系統(tǒng)中起到“ 電腦 ” 作用，受到電子專業(yè)技術人員的青睞。準確測量溫濕度對于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關重要的。 溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領域最常用到的一個物理量。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占 50%. 溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。此類傳感器通常要配溫度變送器，以獲得標準的模擬量 (電壓或電流 )輸出信號。典型產(chǎn)品有 AD590、 AD59 TMP1 LMl35 等。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機存取存儲器 (RAM)和只讀存儲器 (ROM)。芯片中主要包括七部分；內(nèi)部溫度傳感器 (用于測量本地溫度 )， 遠程測溫通道 (外接 2N3904 型NPN 晶體管，利用其發(fā)射結來測量遠程溫度 )，多路轉換開關 (即模擬輸入轉換器 )， 12 位 ADC，內(nèi)部基準電壓源，時鐘電路和 3 線串行接口電路。日前，國外己相繼推出多種高精度、高分辨率的智能溫度傳感器，所用的是 9 到 12 位 A/D 轉換器，分辨率一般可達 到 ℃。DSl629 則在片內(nèi)集成了 32 字節(jié)的靜態(tài)存儲器 (RAM)。目前所采用的總線主要有單線 (1— Wire)總線、 I2 C 總線、 SMBμ s 和 SPI 總線。 為了避免當溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時出現(xiàn)誤動作現(xiàn)象，在 AD7416／7417/781 LM75／ 7 MAX6625／ 6626 等智能溫度傳感器芯片內(nèi)部，都設置一個可編程的“故障排隊 (faultqueue)”計數(shù)器，專門用來設定允許被 測溫度值超過溫度上、下限的次數(shù)。此外，當溫度超過 CPU 的極限溫度時，嚴重超溫報警輸出端 (T_CRIT_T 入 )也能直接關斷主電 源，并且該端還可以通過獨立的硬件關斷電源來切斷主電源，以防主電源控制失靈。虛擬儀器（ VI）是測 量儀器、計算機和軟件這三者的有機結合。 （ 2） 網(wǎng)絡溫度傳感器 網(wǎng)絡溫度傳感器是包含數(shù)據(jù)傳感器、網(wǎng)絡接口和處理單元的新一代智能傳感器。 2 簡介單片機 單片機 AT89C51 的簡介 隨著社會的發(fā)展，單片機以其體積小、可靠性高、使用方便等特點在社會生活中達到廣泛應用。是計算機的控制指揮中心。 算術邏輯單元 ALU 與累加器 ACC、寄存器 B 算術邏輯單元 ALU 不但能完成 8 位二進制的加、減、乘、除等算數(shù)運算。但可以由用戶根據(jù)需要指令加以改變。 AT89C51 單片機 40 個引腳及總線結構圖如下所示。 XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。 ② P1 口： 統(tǒng)稱為 P1 口。 ④ P3 口： 統(tǒng)稱為 P3 口。 ④ EA/VPP 片外程序存儲器選用端。 P1 口為準雙向口，它在結構上與 P0 口的區(qū)別在與輸出驅動部分。 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 19 AT89C51 單片機指令字節(jié)數(shù)和機器周期數(shù)可分為六類。 DS18B20的性能特點如下： ●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ●無須外部器件； ●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機功耗； ●溫度以９或１２位數(shù)字； ●用戶可定義報警設置； ●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部結構框圖及設置 DS18B20 采用３腳 PR－ 35封裝或８腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結構框 圖如圖 31所示。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。單片機可以通過 單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB 形式表示。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。 D S 1 8 B 2 0 D S 1 8 B 2 0 D S 1 8 B 2 04 .7 KGN D GN D GN DVC CVC C單 片機....圖 33 DS18B20 與單片機的接口電路 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 25 DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20的 1 腳接地， 2 腳作為信號線， 3 腳接電源。 2. 數(shù)碼管工作原理 共陽極數(shù)碼管的 8 個發(fā)光二級管的陽極（二極管正端）連接在一起。 4. 動態(tài)顯示接口 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管。 溫度報警電路 本設計采軟件處理報警，利用有 源蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。 AT89C51 的引腳 AT89C51 采用引腳雙列直插式封裝，現(xiàn)將各引腳的功過能說明如下。復位后， AT89C51 內(nèi)部專用寄存器及 I/O 口的處置與 8051 的情況一樣，而內(nèi)部的狀態(tài)保 持不變。 和 分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入 (AIN0)和反相輸入（ AIN1）。 P3 口緩沖器 可吸收 20mA 電流。 與 PIC 相比 51 更適合于較復雜的應用場合，適合一些軟件需要多次修改的應用。斜率累加器用于溫度補償和修正測溫過程中的非線形性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值達到被測溫度值。 圖 54 主板電路 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 33 圖 55 硬件原理圖 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 34 6 硬件電路 系統(tǒng)硬件主要構成 整個系統(tǒng)硬件可以分為主控制器模塊，測溫電路模塊和顯示電路模塊。 性能測試可用制作的溫度計和已有的成品溫 度計來同時測量比較，由于DS18B20 的精度很高，所以誤差指標可以限制在 ℃ 以內(nèi)，另外 — 55 至+125 ℃ 的測溫范圍使得該溫度計完全適合一般的應用場合，其低壓供電特性可作成用電池供電的手持電子溫度計。將 28H 中的最低位移入 C RRC A MOV C,41H RRC A MOV C,42H RRC A MOV C,43H RRC A MOV TEMPER_L,A WAIT: SETB ALARM_L SETB ALARM_H CLR SOUND JB ,SET1 CLR SET1_A MOV WENDU,29H 。延時 1 毫秒 DJNZ R2,DV CPL ALARM_H 。應用 判斷 SP1 是否按下 LCALL DELAY10MS 。關閉報警聲 JNB CLOSE,CL2 MOV R2,235 。溫度設置開關 CLOSE BIT 。本程序采用單片機匯編編寫，用 編譯器編程調(diào)試。 圖 54 中的按健復位電路是上電復位加手動復位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復位。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定，每次測量前，首先將 — 55℃所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在 — 55℃所對應的一個基數(shù)值。 與 PIC 單片機比較 目前，國內(nèi)小型的單片機全勝較多的有 PIC 系列， 89C51 與 PIC 相對應芯片比較有如下特點： 89C51 的價格高于 PIC 的 OTP 型號，但 大大低于 PIC 的 EPROM 型， 89C51片內(nèi)不含 Watch Dog，這是 89C51 的不足之處，中斷系統(tǒng)堆棧結構、串等通訊筆定時器系統(tǒng)都大大強于 PIC 系統(tǒng)。 P3 口： P3 口的 和 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向 I/O 引腳。 P1 口： P1 口是一個 8 位雙向 I/O 口。 RST（ 1）：復位輸入端。 主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機復位 時鐘振蕩 報警點按 鍵調(diào)整 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 28 圖 51 總體設計方框圖 主控制器 在第二章中已經(jīng)提到單片機 AT89C51，在此詳細介紹一下各引腳的功能及其有優(yōu)點。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。較小的電流即可獲得較大的亮度。 4 顯示及報警模塊器件選擇 顯示模塊 常用的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管） LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管和 LED 十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED 十六段顯示器， 用于字符顯示） 1．數(shù)碼管結構 數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同組合可用來顯示數(shù)字 AF 及小數(shù)點“ .”。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議 進行。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（ CRC）。 當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。 AT89C51 單片機指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 20 功能上可分成數(shù)據(jù)傳輸類指令、算術運算指令、邏輯運算和移位指令、程序控制轉移類指令和位操作指令五大類。 （ a） P0 口結構 （ b） P1 口結構 （ c） P2 口結構 （ d） P3 口結構 圖 23 I/O 口位結構圖 AT89C51 單片機時鐘電路及時序 AT89C51 單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，一種是外部方式。 P0 口是一個三態(tài)雙向口， 可作為地址 /數(shù)據(jù)分時復用口，也可作為通用 I/O 接口。 ② PSEN 片外程序存儲器讀選通信號輸出端低電平有效。也可作為片外存儲器的高 8 位地址線。在不接片外存儲器與不擴展 I/O 口時，可作為準雙向輸入 /輸出口。 主電源引腳兩根： VCC 接 +5V 電源正端； VSS 接 +5V 電源地端。用來協(xié)調(diào)單片機各部分正常工作。用 于存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。它主要完成數(shù)據(jù)的算術運算、邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌?AT89C51 系列單片機主要有 CPU、存儲器（包括 RAM 和 ROM）、 I\O 接口電路及時鐘電路等部分組成。以滿足對溫度控制的需要。 此外，專供開發(fā)虛擬傳感器產(chǎn)品的軟件工具也已經(jīng)面市了。遠程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為 TH ，臺式計算機一般為 75℃，高檔筆記本電腦的專用 CPU 可達 100℃?！?— ?式 A/D 轉換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外因元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精度。智能溫度控制器適配各無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 11 種微控制器，構成智能化溫控系統(tǒng)：它們還可以脫離微控制器單獨工作，自行構成一個溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉換模式，亦可選擇單次轉換模式。例如， DSl629 型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘 (RTC)，使其功能更加完善。 圖 11 MAX1298／ 1299 的內(nèi)部結構及外部電路圖 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 10 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢 進入 21 世紀之后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。l℃。 智能溫度傳感器具有以下三個顯著特點：第一，能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各微控制器 (MCU)；第二，能以最簡方式構成高性價比、多功能的智能化溫度測控系統(tǒng)；第三，它是在硬件的基礎上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一 (僅測量溫度 )、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距