【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 測(cè)溫范圍： 55 ~ 125 ℃ 。固有測(cè)溫分辨率為 ℃ 。 （ 5） 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6） 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值 。 （ 7） 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫 。 （ 8） 負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的工作時(shí)序 DS18B20 的工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序。 （ 1） 初始化：?jiǎn)纹瑱C(jī)將數(shù)據(jù)線的電平拉低 480~960us 后釋放，等待 15~60us, 單總線器件即可輸出一持續(xù) 60~240us 的低電平 (存在脈沖 )單片機(jī)收到此應(yīng)答后即可進(jìn)行操作。 （ 2） 寫(xiě)時(shí)序：當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線的電平從高拉到低時(shí)，形成寫(xiě)時(shí)序，有“ 0”和寫(xiě)“ 1”兩種時(shí)序。寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始后， DS18B20 在 15us~60us 期間從數(shù)據(jù)線上采樣。如果采樣到低電平，則向 DS18B20 寫(xiě)“ 0”；如果采樣到高電平，則向 DS18B20 寫(xiě)“ 1”。兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間 (拉高總線電平 )。 （ 3） 讀時(shí)序：當(dāng)主機(jī)從 DS18b20 讀取數(shù)時(shí)，產(chǎn)生時(shí)序。此時(shí)，主機(jī)將數(shù)據(jù)線的電平從高拉到低使讀時(shí)序被初始化。如果此后 15us 內(nèi)，主機(jī)總線上采樣到低電平，則 DS18B20 讀“ 0”；如果此后 15us 內(nèi)，主機(jī)在總線上采樣到高電平，則 DS18B20 讀“ 1”。 第三章 設(shè)計(jì)模塊器件比較、選型 根據(jù)上面幾種傳感器的介紹中，我們可以選出我們?cè)O(shè)計(jì)中要用到的溫度傳感器，下面我們從以下幾點(diǎn)來(lái)選擇傳感器類型： 傳感器的選型 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為 177。 ℃ 。 DS1612 它可測(cè)量的溫度范圍為在 0℃ ~+70℃ 范圍內(nèi)，測(cè)量精度為 177。 ℃ DS18B20 測(cè)量溫度范圍為 55 176。 C 至 +125 ℃ ，精度可達(dá) 177。 攝氏度。 運(yùn)用的簡(jiǎn)易程度： AD590 特別適合遠(yuǎn)程檢測(cè)應(yīng)用 , AD590 輸出電流 223μA電路中串接采樣電阻R 時(shí)， R 兩端的電壓可作為喻出電壓。注意 R 的阻值不能取得太大，以保證 AD590兩端電壓不低于 3V。 AD590 輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到 1km 以上。 DS1612：在芯片上分別設(shè)置了一個(gè)振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器（ OSC1）和一個(gè)溫度系數(shù)較小的振蕩器（ OSC2）。在溫度較低時(shí)，由于 OSC2 的開(kāi)門(mén)時(shí)間較短，因此溫度測(cè)量計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值（ n）較??；而當(dāng)溫度較高時(shí)，由于 OSC2 的開(kāi)門(mén)時(shí)間較長(zhǎng)，其計(jì)數(shù)值（ m）增大。 DS18B20 采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成 ROM 設(shè)定，否則記憶和控制功能將無(wú)法使用 。 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計(jì)提供 9 至 12 位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到 /從 DS18B20 通過(guò) 1 線接口，所以 中央微處理器 與 DS18B20 只有一個(gè)一條口線連接。為讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因?yàn)槊恳粋€(gè) DS18B20 的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè) ds18b20s 可以同時(shí)存在于一條總線。 價(jià)格比較： AD590 單價(jià)： 165。19 DS1612 單價(jià)： 165。 DS18B20 單價(jià)： 165。 從上面一系列的比較重，我最后選擇了 DS18B20 溫度傳感器，雖然它的精度沒(méi)有 AD590 的高，但是在測(cè)量上它運(yùn)用起來(lái)更加的方便，不需要放大電路和 A/換， 而且非常的便宜。 3. 2 單片機(jī)的選用 針對(duì)一定的用途，恰當(dāng)?shù)倪x擇所使用的單片機(jī)是十分重要。對(duì)于明確的應(yīng)用對(duì)象，選擇功能過(guò)少的單片機(jī)，無(wú)法完成控制任務(wù)；選擇功能?chē)?guó)強(qiáng)的單片機(jī)，則會(huì)造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價(jià)格比下降。目 前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的需求選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn)： ① 單片機(jī)的基本性能參數(shù)，例如指令執(zhí)行速度，程序存儲(chǔ)器容量，中斷能力及 I/O 口引腳數(shù)量等； ② 單片機(jī)的增強(qiáng)功能，例如看門(mén)狗，雙串口， RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘 )， EEPROM， CAN 接口等； ③ 單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)，對(duì)于程序存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)， Flash 存儲(chǔ)器和 OTP(一次性可編程 )存儲(chǔ)器相比較，最好是選擇 Flash 存儲(chǔ)器； ④ 芯片的封裝形式，如 DIP 封裝， PLCC 封裝機(jī)表面貼裝封裝等。選擇 DIP 封裝在搭建實(shí) 驗(yàn)電路時(shí)會(huì)更加方便一些； ⑤ 芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)還是商業(yè)級(jí)，如果涉及戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級(jí)芯片； ⑥ 單片機(jī)的工作電壓范圍，例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器時(shí)，使用 2 節(jié)干電池供電，至少選擇的單片機(jī)能夠在 ~ 電壓范圍內(nèi)工作； ⑦ 單片機(jī)的抗干擾性能好； ⑧ 編程器以及仿真器的價(jià)格，單片機(jī)開(kāi)發(fā)是否支持高級(jí)語(yǔ)言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)； ⑨ 供貨渠道是否暢通，價(jià)格是否低廉，是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持。根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際情況綜合考慮，本文的溫度控制系統(tǒng)選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89C52 單片機(jī)作為主 控模塊的核心芯片。 單片機(jī)選型 本系統(tǒng)選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89 溪流單片機(jī)中的 AT89C52， AT89C52單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能的 8位 CMOS微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令溪流和引腳完全兼容。具有超強(qiáng)的三級(jí)加密功能，其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器（ Flash Memory）的編程與檫除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程 /檫除速度快。 第四章 設(shè)計(jì)方案 主控模塊電路由 ST89C52 單片機(jī)、溫度采集、數(shù)碼管顯示、溫度控制、外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 PL2303 下載。 總體設(shè)計(jì)方案 方案一 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二 考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只 DS18B20 溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求 。 比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二 。 在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框 圖如圖 所示，它由三部分組成 :①控制部分主芯片采用單片機(jī) AT89S52；②顯示部分采用 4 位 LED 數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集部分采用 DS18B20 溫度傳感器。 首先由溫度傳感器 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入 ST89C52 單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，并三位數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度，同時(shí)與鍵盤(pán)輸入的設(shè)定溫度值（上限與下限）進(jìn)行比較，由單片機(jī)控制是否發(fā)出控制信號(hào)，控制繼電器（加熱或降溫）工作，從而實(shí)現(xiàn)恒溫控制。在整個(gè)過(guò)程中，溫度始終都能得以顯示。設(shè)定溫度過(guò)程中顯示設(shè)定溫度值，以便于操作：設(shè)定 完畢后，改為顯示當(dāng)前測(cè)試溫度值： 本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖，它主要 由五部分組成； ① 主控制部分主芯片采用單片機(jī) ST89C52（包括時(shí)鐘和復(fù)位電路）； ② 顯示部分采用 3 為 LED 數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示； ③ 溫度采集部分采用 DS18B20 溫度傳感器； ④ 按鍵輸入部分主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)定溫度值的輸入； ⑤ 控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的控制； 總體設(shè)計(jì)框圖 數(shù)碼管顯示 ST89C52 控制 DS18B20采集溫度 溫度控制模塊 PL2303下載模塊 第五章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分主要由以下幾部分組成： （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)：采用 ST89C52 單片機(jī)； （ 2）溫度采集模塊：采用 DS18B20 溫度傳感器； （ 3）溫度顯示模塊：采用 4 位 一體共陽(yáng) 數(shù)碼管顯示； 18B20 溫度采集模塊： DS18B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 把采集到溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的 口，單片機(jī)接受并儲(chǔ)存。此 部分只用到 DS18B20 和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單。 DS18B20 通?？梢圆捎脙煞N方式供電，一種是寄生電源供電方式，另一種是采用外部電源供電方式，此時(shí) DS18B20 的 1 引腳接地， 2 引腳作為信號(hào)線， 3 引腳接電源。本設(shè)計(jì)采用外部電源供電方式，外部電源供電方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開(kāi)發(fā)穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 DS18B20 的工作原理： 單片機(jī) DS18B20 GND VCC DS18B20 工作時(shí)序根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟： DS18B20 進(jìn)行復(fù)位； 2.復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令； RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20收到信號(hào)后等待 15～ 60 微秒左右后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖， CPU 主收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序， 初始化時(shí)序： 總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使 主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線， 高，延時(shí) 15～ 60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí) 480us。 寫(xiě)時(shí)序： 寫(xiě)時(shí)序包括寫(xiě) 0 時(shí)序和寫(xiě) 1 時(shí)序。所有寫(xiě)時(shí)序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開(kāi)始。寫(xiě) 1 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí) 2us，然后釋放總線，延時(shí) 60us。寫(xiě) 0 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí) 60us，然后釋放總線，延時(shí) 2us。 讀時(shí)序： 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的 15us 之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí) 2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí) 12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí) 50us。 顯示模塊： 數(shù)碼管顯示模塊，利用四位一體共陽(yáng)數(shù)碼管，用來(lái)顯示 18B20 采集來(lái)的溫度，經(jīng)傳輸后發(fā)送到數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，而數(shù)碼管利用 PNP 型三極管驅(qū)動(dòng)。 顯示電路采用四位一體共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，從 P0 口掃描。 AT89C52 單片機(jī)的 P0口和 P2 口分別分配給顯示模塊數(shù)碼管的段選和位選。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的 口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到 DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單 常用的數(shù)碼管顯示器為 8 段，每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管，分為共陽(yáng)和共陰兩種。共陰極 LED 顯示的發(fā) 光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極 LED 的發(fā)光二極管的樣機(jī)連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接高電平，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。本設(shè)計(jì)考慮實(shí)際應(yīng)用情況，采用動(dòng)態(tài)顯示方式。選用了 4 位一體共陽(yáng)數(shù)碼管，這種顯示器有 12 個(gè)引腳，其 8 個(gè)為段選的引腳。 4 個(gè)是位選的引腳。若只讓一位選 通，而其他位選處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)在段選引腳上輸出相應(yīng)信號(hào)，就能在一 個(gè)時(shí)刻內(nèi)，顯示出