【文章內(nèi)容簡介】 個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；● 無須外部器件；● 可通過數(shù)據(jù)線供電，～；● 零待機(jī)功耗；● 溫度以9或12位數(shù)字存儲(chǔ)；● 負(fù)電壓特性，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。 當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，℃／LSB式表示。當(dāng)符號(hào)位S＝0時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S＝1時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表32溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系溫度℃數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制）+12500000000 1111101000FA+2500000000 001100100032+1/200000000 000000010001000000000 0000000000001/211111111 11111111FFFF2511111111 11001110FFCE5511111111 10010010FF92在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。通過參閱DS18B20中文資料，得到初始化時(shí)序如圖37所示。讀寫時(shí)序圖如圖38和圖39所示。圖37 初始化時(shí)序圖38 讀時(shí)序 圖39 寫時(shí)序操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。具體過程如下所述。①初始化 單總線的所有處理均從初始化開始。初始化過程是主機(jī)通過向作為從機(jī)的DS18B20芯片發(fā)一個(gè)有時(shí)間寬度要求的初始化脈沖實(shí)現(xiàn)的。初始化后，才可進(jìn)行讀寫操作。②ROM操作命令 總線主機(jī)檢測到DS18B20的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令之一。如表33所示。表33 ROM操作命令指 令代 碼Read ROM(讀ROM)[33H]Match ROM(匹配ROM)[55H]Skip ROM(跳過ROM][CCH]③存儲(chǔ)器操作 存儲(chǔ)器操作的命令如表34： 表34 存儲(chǔ)器操作命令指令代碼Write Scratchpad(寫暫存存儲(chǔ)器)[4EH]Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器)[BEH]Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器)[48H]Convert Temperature(溫度變換)[44H]對(duì)DS18B20操作，先跳過ROM，即是啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配ROM 再逐一地讀回每個(gè)DS18B20的溫度數(shù)據(jù)。在DS18B20組成的測溫系統(tǒng)中，主機(jī)在發(fā)出跳過ROM命令之后，再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)碼44H，就可以實(shí)現(xiàn)所有DS18B20的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過250ms后，就可以用很少的時(shí)間去逐一讀取。這種方式使其T值往往小于傳統(tǒng)方式。 測溫電路設(shè)計(jì)傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)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，如圖310所示，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式考慮到實(shí)際應(yīng)用中寄生電源供電方式適應(yīng)能力差且易損壞，此處采用電源供電方式，I/。圖 310電源供電方式由于DS18B20采用單線式設(shè)計(jì)，所以其接口電路比較簡單，雖然其時(shí)序電路比較復(fù)雜，但DS18B20是一個(gè)應(yīng)用比較廣泛的芯片因此網(wǎng)上有很多對(duì)DS18B20操作的頭文件我們之學(xué)稍加修改一下即可。在設(shè)計(jì)中遇到的最難得問題，是對(duì)DS18B20轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)的處理。由前面的介紹知單片機(jī)從DS18B20讀出的數(shù)據(jù)是一個(gè)16位的數(shù)據(jù)，高五位代表的是符號(hào)位，即是否大于零度。低四位代表的是小數(shù)位，因keil編譯器處理浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)不方便，因此將低四位單獨(dú)去出來，將小數(shù)部分看做整數(shù)部分處理，℃，故只看D3D2兩位數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表如下：表35 小數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系D3 D2實(shí)際值D3 D2實(shí)際值0 0℃1 0℃0 1℃1 1℃ 電機(jī)模塊設(shè)計(jì)由于單片機(jī)I/O口輸出的電流太小因此不能將電機(jī)直接接在單片機(jī)上，需要加以驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路有以下三種方案：方案一：采用專用小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡單，幾乎不添加其它外圍元件就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，使得驅(qū)動(dòng)電路功耗相對(duì)較小，而且目前市場上此類芯片種類齊全，價(jià)格也比較便宜。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。方案三：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。因方案一采用集成芯片，能夠使電路簡單，且工作穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)采用的是L298驅(qū)動(dòng)芯片。 L298芯片驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)L298芯片是目前市場上較容易買到的直流或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，它采用單片集成塑裝，是一個(gè)高電壓、大電流全雙橋驅(qū)動(dòng)器，由標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平控制。L298支持50V以內(nèi)的電機(jī)控制電壓，在直流運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，可以通過高達(dá)2A的電流，因此它滿足了一般小型電機(jī)的控制要求。其內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)如圖311。接法見圖312，圖中二極管的作用是消除電機(jī)的反向電動(dòng)勢，保護(hù)電路，因此采用整流二極管比較合適。PWM控制信號(hào)由inin2輸入。如果in1為高電平，in2為低電平時(shí)電機(jī)為正向轉(zhuǎn)速，反之in1為低電平，in2為高電平時(shí)，電機(jī)為反向轉(zhuǎn)速。ENA引腳為芯片使能端，若為高電平，芯片工作，為低電平，芯片停止工作。圖311 L298內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖圖312電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 測速電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中加入了測速電路的目的是為了監(jiān)控電機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。測速電路采用了霍爾傳感器，霍爾傳感器的外形圖如圖313左所示，霍爾傳感器的磁場由磁鋼提供，因此霍爾傳感器要和磁鋼配對(duì)使用。其測速示意圖如圖313右所示，在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖，讓其和單片機(jī)的INT0口相連，每一個(gè)脈沖觸發(fā)一次中斷，記一次數(shù)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)讀出脈沖數(shù)，在根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系就可算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。值得注意的是，脈沖電路不需要再加濾波電路，因?yàn)樾酒瑑?nèi)部已集成了；當(dāng)沒信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，可以換一下磁鋼的方向，其對(duì)磁鋼的方向是有要求的；磁鋼和傳感器的距離要小于5mm，一個(gè)碼盤上磁鋼數(shù)量以3～6個(gè)為好。其電路原理圖如圖314所示。 圖313 霍爾傳感器外形和測速示意圖圖314 測速電路圖4 PROTEUS軟件仿真按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)設(shè)計(jì)電路的溫度檢測、轉(zhuǎn)速控制、上位機(jī)控制進(jìn)行了仿真。A B溫度 PWM波形 轉(zhuǎn)速① 溫度控制電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真。圖41 溫度對(duì)轉(zhuǎn)速的影響仿真結(jié)果在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了當(dāng)溫度低于20度大于0度時(shí)電機(jī)低速運(yùn)行，溫度大于20度小于50度時(shí)進(jìn)入中速運(yùn)行，從圖41的A圖到B圖可以看到溫度從15到30度，而轉(zhuǎn)速也從153到268r/min。由此可知功能得以實(shí)現(xiàn)。② 按鍵調(diào)速仿真。如圖42所示，A圖是某時(shí)刻PWM波的占空比，然后將調(diào)速模式切換入手動(dòng)調(diào)速，B圖是按動(dòng)加速鍵后的PWM波占空比，C圖是減速后的PWM波形的占空比。有仿真波形可得，按動(dòng)加速鍵后占空比增大，電機(jī)加速，按動(dòng)減速鍵后占空比減小，電機(jī)減速。BAC圖42 按鍵調(diào)速波形③ 是溫度檢測仿真。如圖43所示，主要的仿真方法是給DS18B20設(shè)置不同的溫度，觀查LCD顯示的溫度是否正確。本次仿真設(shè)置了兩個(gè)溫度，分別是20℃和30℃，通過仿真在LCD上正確顯示出了，說明硬件連接和軟件設(shè)計(jì)都是正確無誤的。 圖43 溫度檢測仿真④ 上位機(jī)和下位機(jī)通信仿真。在仿真時(shí)應(yīng)注意一定要啟動(dòng)定時(shí)器T1否則單片機(jī)將收不到任何數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是當(dāng)，上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送命令0x00時(shí)，單片機(jī)就應(yīng)當(dāng)就溫度、轉(zhuǎn)速傳給PC機(jī)。在仿真時(shí)用到了虛擬串口軟件（VSPD XP 5），設(shè)置了虛擬串口COM3和COM4，相應(yīng)的將仿真圖中的串口插座COMPIM中的串口選為COM3，將“串口調(diào)試助手”中的串口設(shè)置為COM4。其它的設(shè)置如圖46所示。另外需要重點(diǎn)說明的是，PROTEUS中的串口頭COMPIM內(nèi)默認(rèn)已包含有MAX232芯片，所以在仿真時(shí)不要加入該芯片，否側(cè)容易出錯(cuò)。如圖44即為串口頭COMPIM的接法。 圖44串口頭COMPIM(DB9)圖45 LCD顯示串行口參數(shù)設(shè)置此即為發(fā)送的命令圖46 上位機(jī)界面當(dāng)然系統(tǒng)還有很多部分，如控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速模式設(shè)置、工作狀態(tài)指示燈以及電源等，經(jīng)過仿真這些部分都工作正常。這些部分的仿真都很簡單，或者跟上面給出的仿真模塊有著同樣的原理，限于篇幅的原因，這里就不在給出其仿真結(jié)果。5 總結(jié)與展望隨著數(shù)字系統(tǒng)的飛速發(fā)展，以微控制器為核心的數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)是目前調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，本文的設(shè)計(jì)就是從微處理器到各種功能芯片都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式其最大的優(yōu)點(diǎn)之一就是可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到邏輯電平0改變?yōu)檫壿嬰娖?時(shí)或者足以將邏輯電平1改變?yōu)檫壿嬰娖?時(shí)才有可能同系統(tǒng)產(chǎn)生影響，并且通常情況下，這種干擾也是很容易經(jīng)過一些校驗(yàn)電路或某些算法將其去除掉，因此其抗干擾能力與模擬信號(hào)相比有一個(gè)大幅度的提高。當(dāng)然在本設(shè)計(jì)中還是遇到一些問題的，如電機(jī)的測速模塊中就存在問題，假若電機(jī)在運(yùn)行的過程中不穩(wěn)定，特別是在換向過程中很容易產(chǎn)生誤脈沖，但考慮到本系統(tǒng)對(duì)并不需要太準(zhǔn)確的掌握電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此也就沒有深究。另外在軟件調(diào)試過程中也遇到了大量的問題，經(jīng)過自己不懈的努力以及參閱了大量的編程料，最終將問題一一克服。同時(shí)自己也學(xué)會(huì)了很多的程序調(diào)試小技巧，可以說受益匪淺。當(dāng)今社會(huì)科技日新月異，數(shù)字系統(tǒng)的更新?lián)Q代速度不斷加快，而本畢業(yè)設(shè)計(jì)就是據(jù)此，重新設(shè)計(jì)了倉庫排氣扇監(jiān)控系統(tǒng)，將其原來的模擬系統(tǒng)改為數(shù)字系統(tǒng)，為的就是其便于和整個(gè)倉庫控制系統(tǒng)相連接，特別是PC機(jī)的連接，當(dāng)然最重要的是便于其隨著整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)升級(jí)，因此其必然會(huì)有廣闊的市場前景。致 謝本論文是在XXX老師的悉心指導(dǎo)下經(jīng)過半年的忙碌和工作完成的。作為一位本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師劉老師。劉老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是劉老師仍然細(xì)心地糾正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。除了敬佩劉老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的同學(xué)對(duì)我無私的幫助，特別是在軟件編程的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)，我要感謝我的母?！幽侠砉ご髮W(xué)大學(xué)，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會(huì)我專業(yè)知識(shí)。在此，我再說一次謝謝，謝謝大家！