【文章內(nèi)容簡介】 (9) 可定義非易失性溫度報警； (10) 應(yīng)用包括溫度控制；工業(yè)系統(tǒng)；消費品；溫度計熱感測系統(tǒng)。 DS18B20 的結(jié)構(gòu) DS18B20 的結(jié)構(gòu)如圖 所示： 2 7 .0DQ2 V CC3G ND1U1DS 1 8 B20 圖 DS18B20 的結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的各引腳說明如表 表述。 表 DS18B20 的引腳說明 引腳 8 腳 SOIC 引腳 PR35 符號 說明 5 1 GND 地 4 2 DQ 單線應(yīng)用的數(shù)據(jù)；輸入輸出引腳 3 3 VDD 可選 VDD引腳 DS18B20 有三個主要的數(shù)據(jù)部件： 64 位激光 (lasered) ROM； 溫度靈敏元件； 非易失性溫度觸發(fā)器。 元件能夠在通信線中獲得需要的電壓和電流。當(dāng)信號線處于 高電平地波動周期區(qū)間時，將獲取的能量暫存于元件中的電容；當(dāng)信號線處于低電平的波動周 期區(qū)間時。斷開此電源。作為另一種可供選擇的方法。元件也用外部 5V 電源。 DS18B20 的主要部件的結(jié)構(gòu)如圖 所示： 64 BIT ROMAND 1 WIRE PORTMEMORY AND CONTROL LOGICSCRATCHPAD8 BIT CRC GENERATORTEMPERATURE SENSORHIGH TEMPERATURE TRIGGER , THHIGH TEMPERATURE TRIGGER , T圖 DS18B20 方框圖 這樣的話就使得 DS18B20通信通過單線接口進行有效的傳輸。在單線接口情況下。在 ROM操作未定建立之前不能使用存貯器與控制操作。主機提供五種 ROM命令： (1) Read ROM(讀 ROM)； (2) Match ROM(符合 ROM)； (3) Search ROM(搜索 ROM)； (4) Skip ROM(跳過 ROM)； (5) Alarm Search(告警搜索 )； 這些命令對每一器件的 64位激光 ROM 部分進行操作，如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個特定的器件，并給總線上的主機指示存在多少器件及其類型，在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。 一個控制操作命令指示 DS18B20 完成溫度測量，該測量的結(jié) 果將放入 DS18B20的高速暫存 (便箋式 )存貯器 (Scratchpad memory)，通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結(jié)果，每一溫度告警觸發(fā)器 TH和 TL構(gòu)成一個字節(jié)的 EEPROM 如果不對 DS18B20施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶存儲器，使用存儲器操作命令可以寫 TH 和 TL對這些寄存器的讀訪問。通過便箋存儲器，所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫 [4]。 DS18B20 在溫度測量方面的應(yīng)用 DS18B20 測量電路如 所示： PRESETLOW TEMPERATURECOEFFICIENTHIGH TEMPERATURE COEFFICIESLOPE ACCUMULATORCOUNTERCOUNTER= 0= 0COMPAREPRESETTEMPERATURE REGISTERINCSTOP圖 溫度測量電路 抗干擾性 因為傳感器的設(shè)計核心理念導(dǎo)致傳感器可能會出現(xiàn)交叉反應(yīng)現(xiàn)象。準(zhǔn)確的布置電極電位能夠有效的降低交叉反應(yīng)的程度。此外 ,各大企業(yè)在設(shè)計其公司傳感器的時候會設(shè)計過濾膜單元。通常會根據(jù)傳感器種類安置不同過濾器。但是過濾膜在是用于調(diào)研時間之后就會失效。最有效的方式還是通過傳感器矩陣和軟件程序來降低和修正交叉反應(yīng)。提高抗干擾性。 傳感器使用壽命是有限的。傳感器輸出信號因為使用時間的延長 而失去其效果。這是很多因素共同導(dǎo)致的。通常公司給出的標(biāo)準(zhǔn)是兩年左右。這個標(biāo)準(zhǔn)只是一種大概的預(yù)估指標(biāo)。因為傳感器真正的有效壽命跟其應(yīng)用環(huán)境中待測有毒氣體濃度承反比。 前置放大濾波電路的設(shè)計 由于傳感器輸出的信號非常弱。容易因放大信號丟失，也可能受到零點漂移或電路波形干擾。其輸出信號范圍： 0~5μ A。鑒于本設(shè)計測量信號的變化速率很慢，通常是二十秒上下。所以能夠采用單端供電放大器： AD623。 AD623 主要特點如下： AD623 僅通過單個電阻來進行增益調(diào)整，最大能夠達到一千倍。方便用戶使用。 AD623具有優(yōu)良的直流特性。增益精度%(G=1)。增益漂移 25ppm(G=1)。輸入失調(diào)電壓最大 100μ V。輸入失調(diào)電壓漂移 1μ V/176。 C(AD623B)。輸入偏置電流最大 25nA。 AD623 具有優(yōu)良的 CMRR。它隨增益增加而增加。誤差小。 AD623 帶寬 800kHz(G=1)。 AD623 共模抑制比相對于其他同類型元件范圍比較廣。在此基礎(chǔ)上還能夠增大比地電位小 150mV 地電路共模電壓。 AD623僅僅用單電源供電就可以讓元件處于最佳功能運轉(zhuǎn)狀態(tài)。 AD623能夠代替分立器件組成的放大器。具有優(yōu)良的線性度；溫度穩(wěn)定性；小體積可靠性。 AD623 儀表的放大器一共是常用的 8腳工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝模具。即 DIP； SOIC；小型 SOIC三種形式。 圖 AD623 引腳排列圖 下圖是 AD623和傳感器的電路連接圖。構(gòu)成前置放大濾波電路。 01234U3VCC0OUT1GND2U1 Rs0IN1+IN2VS3+Rs4+VS5OUT6REP7U210KR2R31KR11uFC1C2+5V+5V+5V 圖 AD623 放大濾波電路 在 AD623 輸入處增添一個濾波電容。電阻可以選擇個一千歐姆的電阻，這樣可以放大約一百倍左右。通過放大濾波電路輸出信號電壓05V 之間，符合數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的電壓需求。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 氣體傳感器出來的信號是模擬信號，而微處理器 AT89S52 只能處理數(shù)字信號，故需要對模擬信號信號進行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為處理器能識別的數(shù)字信號，由于經(jīng)過放大電路出來的模擬電壓變化范圍在0~5V，故選擇性價比比較合適的 ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。其管腳定義如圖 所示。 圖 ADC0809 管腳示意圖 ADC0809 各腳功能如下表 ： 引腳 功能介紹 D7D0 IN0IN7 8 位數(shù)字量輸出引腳 8 位模擬量輸入引腳 VCC +5V 工作電壓 REF（ +） 參考電壓正端 REF（ ） 參考電壓負(fù)端 START A/D 轉(zhuǎn)換啟動輸入端 ALE 地址鎖存允許輸入端 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳；開始轉(zhuǎn)換時為低電平；當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平 OE 輸出允許控制端；用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器 CLK 時鐘信號輸入端（一般為 500KHz） A、 B、 C 地址輸入線 復(fù)位電 路設(shè)計 AT89S52 芯片具有復(fù)位操作功能。 RST 是復(fù)位操作管腳，能夠在上電和 AT89S52 工作的任何時間點對芯片控制復(fù)位。當(dāng)然在每次上電 后都必須讓 AT89S52 回到復(fù)位狀態(tài)，也可以理解為每過兩個周期給RST 復(fù)位信號。本設(shè)計運用的是 RC 復(fù)位設(shè)計。它的有點在于結(jié)構(gòu)非常簡單，并且易于達到理想效果，普通單片機系統(tǒng)通常都會使用這種方式進行復(fù)位。此外還可額外增加一處復(fù)位按鈕，在某些情況下可以對系統(tǒng)進行認(rèn)為的復(fù)位。 S1 10uFC110KR1+5VRST 圖 系統(tǒng)復(fù)位電路 Vin1GND2Vout3U1123P1D1100uFC1100uFC3C2C4C5S1SWSPST 圖 電源電路 第四章：軟件設(shè)計 及調(diào)試 單片機軟件設(shè)計 主程序：軟件設(shè)計的核心內(nèi)容是保證溫度是 0延遲顯示。按照一定的掃描周期讀取并且顯示 DS18b20的監(jiān)測溫度情況。溫度測量每1S 進行一次。其程序流程圖如下圖： 圖 主程序流程圖 讀溫度子程序 先讓 DS18B20復(fù)位。后發(fā)跳過 ROM匹配命令；再發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令。命令 DS18B20開始測量溫度之后交換。延時等待轉(zhuǎn)換完畢后；再將已轉(zhuǎn)換的溫度值一一地從各個 DS18B20 取出，轉(zhuǎn)變成 PC 需要的數(shù)據(jù)編碼形式發(fā)送至上位機，以此循環(huán)往復(fù)。程序框圖如 ： 圖 讀溫度 程序框圖 溫度比較報警子程序 這段程序是用來把溫度跟提前預(yù)制的預(yù)警溫度值進行對比。決定是否發(fā)出報警信號。他們判斷絕對值的實際關(guān)系時是運用正負(fù)符號來核對的。具體的流程圖如 ： 圖 溫度比較報警子程序 RS485 串口通信模塊程序設(shè)計 AT89S52 是串行口全雙工串行通信協(xié)議。有 4 種工作方式：方式0 移位寄存使用；方式 1是波特率可變的 8 位 UART；方式 2是波特率固定為兩種的 9位 UART；方式 3波特率 9 位 UART。選擇方式 2或者方式 3 來進行串口通信。程序流程圖如圖 4.： 圖 RS485 通信流程圖 第五章：結(jié)論與展望 主要結(jié)論 本設(shè)計通過對傳感器技術(shù)；自動監(jiān)測技術(shù)；微控制器技術(shù)的合理應(yīng)用；設(shè)計了一整套對溫度間進行控制且使用方便的裝置。 軟硬件設(shè)計合理。設(shè)計的軟件部分靈活的運用了模塊化程序設(shè)計思維及思路。各模塊相互獨立。增強了整個程序地可靠性與各單元的可擴展情況。系統(tǒng)具有較高的性價比。 通過實際檢測，本設(shè)計的反應(yīng)速度很快，并且程序簡單使用方便。工作可靠等特點。 展望 設(shè)計使用的傳感器與轉(zhuǎn)換器集成 ，這樣雖然可以方便交換信中斷開始 接收到數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀有效 READY 指令 接收到數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀有效 處理接受到的數(shù)據(jù)信息 開始 結(jié)束 號增加傳輸?shù)目煽啃院晚憫?yīng)速度。但會增加儀器的成本。以后的改進方向是采用價位偏低的傳感器，其他各塊電路單元盡量不用成品，由自己完成。