【文章內容簡介】 也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與多個DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。（1）DS18B20的特性1　 測溫范圍55℃～+125℃，10℃～+85℃℃。2　 無需外部轉換元件；3　 可編程分辨率9～12位，℃、℃、℃；4　 12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，靈敏度大為提高；5　 負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；（2）DS18B20的引腳及說明如圖34所示。 引腳說明：DQ為數(shù)字信號輸入輸出端，GND端接地，VDD端接電源圖34 DS18B20引腳圖（3）DS18B20的內部結構圖如圖35所示。64位ROM單線接口溫度靈敏元件8位CRC生成器高速緩存存儲器存儲器和控制器電源檢測高溫觸發(fā)器TH配置寄存器低溫觸發(fā)器TL圖35 DS18B20內部結構圖（4）DS18B20的溫度計算每個DS18B20有唯一的64位序號，該序號存放在各自的ROM中。另外DS18B20還有兩個字節(jié)的RAM用于存儲檢測溫度數(shù)值（補碼形式存儲），其格式如下：SSSSS高5位是符號位，～位是檢測溫度整數(shù)位，～位是檢測溫度小數(shù)。當檢測到正溫度時S為0，當檢測到負溫度時S為1。如果讀取DS18B20數(shù)據(jù)為0000001111010011（03D3H），則實際檢測到的溫度為：正溫度，數(shù)值=01111010011= 0＋1＋1＋1＋1＋0＋1＋0＋0＋1＋1=，℃。DS18B20的分辨率為。如果讀取的數(shù)據(jù)為1111110010010000（FC90H），則實際檢測到的溫度為：負溫度，數(shù)值=10010010000取反后加1=01101101111+1=01101110000=0＋1＋1＋0＋1＋1＋1＋0＋0＋0＋0 =55，即55℃。（5）DS18B20與AT89C51單片機的連接電路如圖36所示。圖36 DS18B20與AT89C51單片機的連接電路圖 鍵盤模塊本系統(tǒng)的鍵盤模塊主要分為兩部分，溫度設置鍵盤模塊和溫度顯示切換鍵盤模塊。用于控制是否設置溫度，我選用手撥開關。一般封裝好了的手撥開關外觀上，一端為開或ON，另一端為關或OFF。當用戶想要設置溫度值時，就按手撥開關的ON端，用戶設置好了溫度值后，再按手撥開關的OFF端，即可完成設置溫度。當開關作為輸入端時，一般需要在Vcc或GND端接一個上拉電阻或下拉電阻，本系統(tǒng)是在Vcc端接一個上拉電阻。如圖37所示。關于到底是上調溫度還是下調溫度，我采用具有機械彈性的按鍵開關。當用戶想要在系統(tǒng)默認的溫度值的基礎上調整溫度的話，先按下手撥開關的ON端，再按上調按鈕，這樣就可以實現(xiàn)增加溫度設定值；如果按下調按鈕，則實現(xiàn)減小溫度設定值。當用戶設置好溫度值后，再按下手撥開關的OFF端，即完成設置溫度值的操作。如圖37所示。因為本系統(tǒng)中需要顯示的溫度值有實時溫度和設置溫度兩個溫度值，如果同時顯示兩個溫度值的話，必須至少選用4個七段LED數(shù)碼管顯示器，這樣就會提高整個系統(tǒng)的造價。所以我選擇2個LED數(shù)碼管顯示器，用按鍵控制顯示的溫度是實時溫度值還是設置的溫度值，這樣不僅使程序簡單化，也降低了成本。溫度顯示切換鍵盤電路如圖37所示。圖37 鍵盤模塊電路圖系統(tǒng)啟動后，默認顯示的是實時溫度值，如果用戶想要看設定的溫度值的話，按下按鈕顯示器就會顯示出來設置的溫度值。具有機械彈性的按鍵開關，在實際使用當中都會或多或少存在抖動現(xiàn)象。使用鍵盤時，如果有抖動現(xiàn)象的話，輕微的抖動會對輸入的信號產(chǎn)生干擾。抖動還可能會造成按一次鍵卻多次處理問題，按鍵的抖動時間一般是5～10ms。消除抖動的方法通常有兩種，硬件消除抖動和軟件消除抖動。硬件消除抖動一般是采用RS觸發(fā)器來實現(xiàn)，只有選擇適當?shù)钠骷?shù)，才能夠得到較好的消抖動效果。軟件消除抖動就是在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時子程序，然后確認鍵電平是否仍然保持鍵按下的狀態(tài)電平，如果是，則認為有鍵按下。延時子程序的延時時間應該大于按鍵的抖動時間。軟件消除抖動節(jié)省了硬件，并且處理靈活，但是占用CPU時間較長。本系統(tǒng)采用軟件消除抖動，延時子程序的延時時間為12ms。 顯示模塊本設計的目的主要是應用于像育嬰室、花店的鮮花儲存室之類的小空間、并且對溫度精度要求不是很高的地方。所以顯示模塊只顯示了溫度的整數(shù)部分，以 1℃為單位升高或降低溫度。因此我只選擇了2個LED數(shù)碼管顯示。 LED顯示器的顯示原理LED即發(fā)光二極管的縮寫，是由若干段發(fā)光二極管構成的。當某些段的發(fā)光二極管導通時，顯示對應的字符。由于LED數(shù)碼管顯示器控制簡單，使用方便，因此它在單片機中的應用非常的普遍。LED數(shù)碼管顯示器的外觀及內部結構如圖38所示。LED數(shù)碼管顯示器的內部發(fā)光二極管有共陰極和共陽極兩種連接方法，如圖38所示。若采樣共陰極接法，輸入高電平時發(fā)光二極管點亮；若采用共陽極接法，輸入低電平時發(fā)光二極管點亮。本系統(tǒng)采用了共陰極接法。 （a）數(shù)碼管引腳圖 （b）共陰極 （c）共陽極 圖38 二極管結構圖7段覆蓋二極管各字型碼的對應關系如表32所示。表32 7段二極管各字型碼的對應關系代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段DpgfDdcba用LED顯示器顯示十六進制數(shù)的共陰極字型碼見下表33。表33 LED顯示器顯示的十六進制數(shù)的共陰極字型碼顯示字符012345678共陰極碼3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH顯示字符9ABCDEF“滅”共陰極碼6FH77H7GH39H5EH79H71H00HLED顯示電路如圖39所示。圖39 LED顯示電路圖 LED顯示器的顯示方式LED顯示器的顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。在實際的應用當中LED顯示器通常由多位構成，對其的控制包括字形控制和字位控制。在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字形控制線是獨立的，字位控制線則連接在一起，接+5V電源。動態(tài)顯示就是一位一位輪流點亮每個顯示器，同時只能一個顯示器工作，只是由于人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄滅的余暉，使看到的結果是多個字符“同時”顯示。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，并且占用很少的CPU時間，卻占用的I/O口和硬件較多。動態(tài)顯示需要CPU隨時對顯示器件的數(shù)據(jù)進行刷新，且顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時間多，但是使用的硬件少，可節(jié)省I/O口。在較為簡單的系統(tǒng)中，為了降低成本，一般選用動態(tài)顯示方式。本系統(tǒng)就是采用了動態(tài)顯示方式。RP1為由8個獨立的電阻組成的電阻盒，在顯示電路中作為上拉電阻。圖中的2個七段LED數(shù)碼管，它們的 而單片機的這2個I/O口則輸出位選信號用于動態(tài)掃描。－。 在溫度自動控制系統(tǒng)中，溫度的控制模塊應該說是系統(tǒng)的功能實現(xiàn)部分和核心部分。由采樣模塊采集的信息，經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后將采集轉換后的溫度值與設定的溫度值相比較，如果實際溫度值大于設定溫度值，導通雙向晶閘管觸發(fā)電路啟動制冷裝置（藍燈亮）；如果實際溫度值小于設定溫度值，導通雙向晶閘管觸發(fā)電路啟動加熱裝置（紅燈亮）。溫度控制模塊的電路圖如圖310所示。圖310 溫度控制電路該控制系統(tǒng)的關鍵部分是在開關量的選擇上。以往的輸出控制開關通常采用繼電器、耦合器和晶閘管等。如今在應用中老式的觸發(fā)器已經(jīng)逐漸的被晶閘管所代替。這里我采用了帶過零觸發(fā)的雙向晶閘管觸發(fā)電路。雙向晶閘管是由NPNPN五層半導體材料制成的，對外引出三個電極。與單向晶閘管一樣，雙向晶閘管也具有觸發(fā)控制特性。不過，雙向晶閘管不論在陽極與陰極之間接哪種極性的電壓，只要在其控制極上加一個觸發(fā)脈沖，都可以使雙向晶閘管導通，從而控制工作裝置做出相應的反應。MOC3031是常用的雙向可控硅輸出的光電耦合器，它帶有過零觸發(fā)電路，其輸入端的控制電流至少為15mA。用于驅動發(fā)光管的電源和光敏管的電源必須分開供電，才能夠避免輸出端和輸入端間產(chǎn)生反饋和干擾。因此，采用光電耦合器就可以有效地隔離電磁場的干擾。為了仿真效果的直觀可視性，我用了兩種顏色的發(fā)光二極管來代替了加熱裝置和制冷裝置。如果紅色燈亮，則表示系統(tǒng)進入了加熱狀態(tài)，如果藍色燈亮，則表示系統(tǒng)進入了制冷狀態(tài)。 電源模塊本系統(tǒng)中用到的+5V的直流電由家用的220V交流電經(jīng)過變壓器、橋式整流和平滑電容濾波后得到非穩(wěn)定的8～12V直流電壓加在7805穩(wěn)壓器上。另外，為了使電路穩(wěn)定工作，在電路中接入了電容CC2和C3。C1為平滑電容。C2為輸入穩(wěn)定電容，用來防止穩(wěn)壓器輸入組空降低時發(fā)生震蕩。C3為輸出穩(wěn)定電容，用來降低輸出噪聲和負載電流變化的影響。C～1μF坦電容。我又接入了保護二極管D1和D2。一旦出現(xiàn)輸入端開路故障，因輸出端已經(jīng)充滿電的220μF電容將從輸出端放電從而損壞穩(wěn)壓器，此時跨接一個二極管D1，使電容上的電壓立即導通，保護穩(wěn)壓器不被損壞。電源電路圖如圖311所示。圖311 電源電路4 基于單片機的溫度智能自動控制系統(tǒng)的軟件設計 軟件的功能模塊組成 本軟件有主控模塊、溫度設定模塊、讀取和轉換模塊、溫度顯示模塊、實時溫度與設定溫度比較模塊。 圖41 主程序流程圖 圖42 溫度設定子程序NYNN的說明圖43 讀取和轉換