【正文】 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。 (3)連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。串行通信是數(shù)據(jù)一位一位在單條 1 位寬的傳輸線上，按順序分時序傳送。異步通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要傳送同步時鐘，字符幀長度不受限制，故設(shè)備簡單。數(shù)據(jù)只能由 A 傳送到 B。因此，它能在兩個方向上同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ，即 A 向 B 發(fā)送的同時， B也可以向 A發(fā)送。本檢測系統(tǒng)采用的是 RS485 串行接口。如果以 1OKbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時傳輸距離可達(dá) 12km，而用 100KbPs 時傳輸距離可達(dá) 。一種簡單可行的方法是 :A、 B 與總線之間各串接一只 4 一 10 歐 PTC電阻 (正溫度系數(shù)熱敏電阻 )，同時與地之間各跨接 5V的 TVS 二極管 (即瞬態(tài)電壓抑制器 Transient voltage suppressor，簡稱 TVS，是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件 )，以消除線路浪涌干擾。對一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件。 SN75LBC184 的 R 端 (接收端 )和 D 端 (發(fā)送端 )的原理與上述類似。溫度傳感器 DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為帶符號的數(shù)字信號 (以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個字節(jié) )，傳感器可置于離裝置 150 米以內(nèi)的任何地方，輸出腳 I/O 直接與單片機(jī)的 相連，傳感器采用外部電源供電。在顯示電路中，這些發(fā)光二極管有兩種接法 :共陽極接法和共陰極接法。無論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)溫度檢測，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機(jī)逐個與 DS18B20 掛接，讀出其序列號。 地下糧倉：主要分為地下平洞倉和地下立洞倉兩大類，用于地下低溫儲藏。 26 圖 31 DS18B20工作流程圖 27 圖 32 啟動溫度轉(zhuǎn)換讀寫溫度流程圖 28 系統(tǒng)主程序 下面是關(guān)于 DSl8B20 的讀寫程序，設(shè)單片機(jī)時鐘晶振頻率為 12MHZ。該溫度檢測系統(tǒng)利用 DS18B2O“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器，能夠?qū)Χ帱c(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時巡檢。 本論文針對糧食倉庫內(nèi)基于單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具體做了以下幾個方面的研究 : 一、分析了當(dāng)前糧庫內(nèi)溫度測控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，闡述了基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性和現(xiàn)實(shí)意義。糧庫測溫點(diǎn)三維分布圖如下： 25 圖 217 測溫點(diǎn)三維分布示意圖 3. 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) DS18B20 的流程圖 DS18B20 操作的總體流程圖如圖 31 所示。糧庫分為收購庫、供應(yīng)庫、中轉(zhuǎn)庫、儲備庫糧庫內(nèi)部一般分為倉房區(qū)、工作區(qū)、加工區(qū)和生活區(qū)。由 AT89S51 控制的顯示電路中，要選取合 適的電阻 R 和 Ra，才能保證 LED 的亮度，過大或者過小都無法讓 LED 正常顯示。本系統(tǒng)僅掛接一個芯片，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度檢測，使用默認(rèn)的 12 位轉(zhuǎn)換精度，外接供電電源，讀取的溫度值送指定的存儲單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號位，經(jīng)過簡單的變換即可得到實(shí)際溫度值。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要 基于單片機(jī) AT89S51 和溫度傳感器 DS18B20 的溫度測控系統(tǒng)原理示意圖如下。 A、 B 為 RS485 接口芯片 SN75LBC184 的總線接口， D是發(fā)送端， R 為接收端，分別與單片機(jī)串行口的 TXD、 RXD 連接， RE、 DE為其收發(fā)使能端，由單片機(jī)的 口作為收發(fā)控制。 21 圖 214 接口電路設(shè)計(jì) 由于使用半雙工方式，在該電路中，使用了一種 RS485 接口芯片SN75LBC184。而RS485 接口實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互連，在總線上是允許連接多達(dá) 128 個收發(fā)器，即具有多站能力，用戶可以利用單一的 RS485 接口方便的建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 (2)RS485接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合方式來實(shí)現(xiàn)通信 :在發(fā)送端 TXD 將串行口的 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號 A、 B兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號還原成 TTL 電平信號。 串行通信的總線接口標(biāo)準(zhǔn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用異步串行通信。但是兩設(shè)備之間僅有一根傳輸線。同步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率較高，其缺點(diǎn)是發(fā)送時鐘和接收時鐘必須保持嚴(yán)格同步。發(fā)送端和接收端可以由各自獨(dú)立的時鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個時鐘彼此獨(dú)立，互不同步。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B2O 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時也要重視。 DS18B20 使用中的注意事項(xiàng) DSI8B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題 : (1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 CPU 對 DS18B20 的訪問流程是 :先對 DS18B20 初始化，再進(jìn)行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作和對數(shù)據(jù)操作。而DS18BZO溫度傳感器的內(nèi) 部存儲器包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 RAM。它主要包括 7部分 :寄生電源 。 (10)適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)。當(dāng)在一 10℃一 +85℃范圍內(nèi)，可確保測量誤差不超過 ℃，在 55 一 +125℃范圍內(nèi)，測量誤差也不超過 2℃。因此，數(shù)字化單總線器件 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如 :環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。因此，智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測量裝置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶。 模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。 MCS51 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。作輸入端口時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 I。 下圖 為 P1口第二功能?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計(jì)數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。例如：工業(yè)控制、電信技術(shù)、家用電器等。 8 圖 25收、發(fā)控制和入口示意圖 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) ①測量范圍 :55℃一 +l25℃，②測量精度 :℃，③反應(yīng)時間 5O0ms。 或 1 作為控制碼信息，去勝制報(bào)警設(shè)備、通風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu) (空調(diào) )等的開啟與關(guān)閉。該系統(tǒng)只要一條雙絞線 (一根為信號線，一根為地線 )從單片機(jī)拉向監(jiān)控現(xiàn)場，然后將各種監(jiān)控對象 (傳感器 )掛接 在一根總線上就可以了。而 RS485 串行通訊是一種多發(fā)送器的電路新標(biāo)準(zhǔn)，它采用了差分平衡的電氣接口，利用平衡驅(qū)動、差分接收的方法，從根本 6 上消除了地線信號。并且 DSl8B20 只有一個數(shù)據(jù)輸入 /輸出 口，因此，多個 DSl8B20 可以并聯(lián)到 3 或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 進(jìn)行通信，而它們只需簡單的通信協(xié)議就能加以識別，這樣就節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng) ， 具有較高的測量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡單方便，性價比高，可維護(hù)性好。它 將系統(tǒng)的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根導(dǎo)線，允許在這根導(dǎo)線上掛接數(shù)百個控制對象，形成多點(diǎn)單總線測控系統(tǒng) [2]。采用單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo) [1]。傳統(tǒng)的溫度 測量 是在 糧庫 內(nèi)部 使用 溫度計(jì)，通過讀取溫度值來知道內(nèi) 部 的實(shí)際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫 度進(jìn)行比較 ， 看溫度是否過高或過低。溫度不但對于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè) 食品保存 中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好。 關(guān)鍵詞 ： AT89S51。 目前應(yīng)用于 糧食倉庫 的溫度檢測系統(tǒng)采用由模擬溫度傳感器 、 多路模擬開關(guān)、 A/D 轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。如果過高，就對 其 進(jìn)行降溫處理 。 單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動化和各個測控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。這些測控對象所用的芯片都由該公司提供。這種溫度測控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè) 產(chǎn)品 的 存儲 ，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時 監(jiān)控 ，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以 提高農(nóng)副產(chǎn)品的存儲質(zhì)量，以便 帶來 更 好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。用戶還可自設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值，并可用報(bào)警搜索命令識別溫度超限的 DS18B20。因此， RS485 可用于距離 1200m，速度為 1O0kb/s 的高速通訊。本系統(tǒng)通過單總線可以掛接很多個智能溫度傳感器 DS18B20，用于糧庫內(nèi)不同地方的溫度測量和控制。當(dāng)單片機(jī)發(fā)現(xiàn)溫度傳感器 DS18B20 采集到糧倉內(nèi)的實(shí)際溫度超過溫度限制時，便讓控制開關(guān) DS2405 去開啟聲光報(bào)警器報(bào)警，同時開啟空調(diào)機(jī)工作。三種封裝形式 :TO 一 92 三腳塑封 。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)概述 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等 [8]，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。 此外， AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。掉電方式何在 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件 工作直接到一個硬件復(fù)位 。 表 27 P1口的第二功能列表 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） 11 MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級可驅(qū)動 4個 TTL 邏輯門電路。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3口的第二功能如下表。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。 Flash 存儲器編程時 ,該引腳加上＋ 12V 的編程電壓 Vpp。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電 13 容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。模擬集成溫度傳感器是在 20世紀(jì) 80 年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上，可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用 IC。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。 14 溫度傳感器 DS18B20 的簡介 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS182O 之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器 [15]。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DSl8B2O 都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。 (5)通過編程可實(shí)現(xiàn) 9一 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 (11)內(nèi)含 64 位激光修正的只讀存儲 ROM，扣除 8 位產(chǎn)品系列號和 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)之后，產(chǎn)品序號占 48 位。溫度傳感器 。后者用于存儲 TH， TL值。 DS18B2O 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。在使用 PUM、 C 等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時對 DS18B2O 操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 RS485 的通信設(shè)計(jì) 眾所周知，單片機(jī)與外界進(jìn)行信息交換稱之為通信。接收端是依靠字符幀格式來判斷發(fā)送端是何時開始發(fā)送，何時結(jié)束發(fā)送的。 19 串行通信的制式 在串行通信中數(shù)據(jù)是在兩個站之間進(jìn)行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳 送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工 3種制式 : 單工數(shù)據(jù)通道。因此兩個方向的數(shù)據(jù)傳輸不能同時進(jìn)行，而只能交替進(jìn)行。在設(shè)計(jì)通信接口時，必須根據(jù)需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口，并考慮傳輸介質(zhì)、電平轉(zhuǎn)換等問題。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，即抗噪聲干擾性好 [26]，接收靈敏度也相當(dāng)高。不僅可以實(shí)現(xiàn)半雙工通信，而且可以實(shí) 現(xiàn)全雙工通信。 芯片 SN75LBC184[21]采用單一電源 VCC，電壓在 +3 一 + 范圍內(nèi)都能正常工作。在上圖采用了 3