【文章內(nèi)容簡介】 度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減 法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值，這就是 DS18B20 的測溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 8 圖 DS18B20的內(nèi)部測溫電路框圖 DS18B20 控制方法 DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 Vcc接外部電源， GND 接地，I/O 與單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 VDD、 GND 接地， 2腳作為信號線，與 STC89C52 的這 管腳相接。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， DS18B20 溫度傳感器的 3腳與 2腳間連接一個 ，用以抬高 2 腳的電位。這樣才保證總線上有足夠的驅(qū)動電流對 DS18B20 進(jìn)行讀寫操作。 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，數(shù)據(jù)操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主 機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 DS18B20 的延時問題 雖然 DS18B20 有諸多優(yōu)點(diǎn)，但使用起來并非易事，由于采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線完成。因此，對讀寫的操作時序要求嚴(yán)格。為保證 DS18B20 的嚴(yán)格 I/O 時序，需要做較精確的延時。在 DS18B20 操作中，有了比較 精確的延時保證，就可以對 DS18B20 進(jìn)行讀寫操作、溫度轉(zhuǎn)換及顯示等操作。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： （ 1） 64 位光刻 ROM（ 2）溫度傳感器（ 3）非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL（ 4）高速暫存器。 該裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器儲存能量通由 一 線通信線路給片子供電，而且在低電預(yù)置 斜率累加器 計數(shù)比較器 減法計數(shù)器 低溫度系數(shù)振蕩器 預(yù)置 減到 0 溫度寄存器 高溫度系數(shù)振蕩器 減法計數(shù)器 2 減到 0 增加 停止 9 平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 DS18B20 的電源也可以從外部 的電壓得到。 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與熱敏電阻比較 DS18B20 熱敏電阻 測溫范圍 55℃ — +125℃ 55℃ — +150℃ 測量精度 177。 ℃ 177。 1℃（需較正） 系統(tǒng)管理性 很好 較差 擴(kuò)充性 全球唯一編號 , 易 管理 布線有關(guān) (開關(guān)位置決 定 ) 集成化 高 無 穩(wěn)定性 很高 較差 抗干擾性 好 較差 壽命 長 較長 數(shù)字化 全 無 價格 較高 較低 互換性 很好 一般 線纜影響精度 無 有 告警設(shè)定 有 無 測控分機(jī)數(shù)量 少 多 線纜用量 節(jié)省 較多 綜上所述： 本系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 TC35 模塊 外圍電路 TC35 模塊 概述 TC35 模塊 是西門子公司開發(fā)的高性能 GSM 模塊， 主要由 GSM 基帶處理器 、GSM 射頻模塊 、 供電模塊 (ASIC)、 閃存 、 ZIF 連接器 、 天線接口六部分組成。 在應(yīng)用系統(tǒng)中很容易集成 。 其 主要 特點(diǎn)是 ： (1)頻段為雙頻 GSM900MHz 和GSM1800MHz； (2)支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真 ； (3)電源范圍寬 （ ～ ）；(4)具有 RS232 接口和語音接口 ； (5)可選波特率為 300bps～ 115kbps， 自動波特率為 ～ 115kbps； (6)它支持 文本 模式 和 PDU 模 式的 SMS 短消息 ； (7)具有 AT命令集接口 。 10 TC35 模塊的 工作原理 與應(yīng)用電路 TC35 模塊在本系統(tǒng)的應(yīng)用外圍電路如下圖所示， 其 主要由幾部分組成：電源供電電路、啟動電路、指示燈電路、 SIM 卡電路、串口通信電路。 圖 TC35模塊的外圍電路圖 1） 電源供電：主要是由 LM2596ADJ 為核心的穩(wěn)壓電源電路（下述）輸出 接到 TC35 模塊的 ZIF 接口（ 40引腳）的第 1～ 5引腳（ Vbatt+），而第 6～ 10引腳（ GND）接地 。 2） 啟動電路：接通電源后，必須給 IGT 引腳加上一個超過 100 ms 的低電平，這樣 TC35 模塊才能正常啟動，啟動后， IGT引腳應(yīng)保持高電平 ()。其硬件電路連接如電路圖所示： IGT 引腳通過一個電阻和控制按鍵與地（低電平）連接。 3） 指示燈電路： SYNC 引腳通過一個 NPN三極管來控制 LED指示燈，構(gòu)成了一個狀態(tài)指示電路。通過指示燈的亮滅情況可以判斷 TC35 模塊的工作狀態(tài)：當(dāng) LED 熄滅時，表示 TC35 模塊沒有工作；當(dāng) LED 亮 600ms 滅 600 ms 時，指示SIM 卡沒有插好或者正在網(wǎng)絡(luò)登錄中；當(dāng) LED 亮 75ms 滅 3s 時， 說明 TC35模塊 啟動登錄成功。 11 4） SIM 卡電路： TC35 模塊 在 ZIF 連接器上為 SIM 卡接口預(yù)留了 6 個引腳 （ CCVCC、CCGND、 CCRST， CCIO， CCCLK， CCIN） ，所添加的 CCIN 引腳用來檢測 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡。當(dāng)插入 SIM 卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài) 。 5） 串口通信電路： TC35 模塊的 RxD0 引腳與 TxD0 引腳通過 MAX3232 電平轉(zhuǎn)換與PC 或單片機(jī)的串口相連接，可以實(shí)現(xiàn)串行通信。 MAX3232 的典型轉(zhuǎn)換電路如上述電路圖 所示。 顯示電路 七段 LED 顯示器內(nèi)部由 7個條形發(fā)光二極管和一個小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管 的亮暗組合成字符。根據(jù)其內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式，可分成共陰極型和共陽極型。本設(shè)計采用共陽極型七段 LED。 根據(jù)顯示溫度數(shù)值的范圍，采用四 位數(shù)碼管，由兩個鎖存器 74HC573 來控制，段選鎖存端 DUAN 接 ,位選鎖存端 WEI 接 。 U7 和 U8 的 I/O 口接 P0,通過控制 74HC573 的鎖存端來控制其工作。 數(shù)碼管接口有靜態(tài)接口和動態(tài)接口兩種：靜態(tài)接口為固定顯示方式，無閃爍，這種接法占用單片機(jī)接口多，不宜采用；動態(tài)接口采用各數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示的方法，當(dāng)循環(huán)顯示的頻率較高時，利用人眼的暫留特性，看不出閃爍顯 示現(xiàn)象，這種顯示需要一個接口完成字形的輸出（字形選擇），另一接口完成各數(shù)碼管的輪流點(diǎn)亮（數(shù)位選擇）。 為了節(jié)約接口資源和簡化電路，本設(shè)計采用了動態(tài)掃描方式。 圖 電源電路 電源電路為整個系統(tǒng)提供直流電，在系統(tǒng)的設(shè)計中也不容馬虎 ， 還 要考慮到提供的電源要滿足 TC35 模塊的 工作電流，否則， TC35 將不能正常工作 。本設(shè)計 12 的電源是以 開關(guān)電源芯片 LM2596ADJ 為核心的 電源 模塊電路，將 12V/2A 電源轉(zhuǎn)換為 輸出。應(yīng)用電路如下圖 所示 圖 電源電路 驅(qū)動外 設(shè) 電路 本系統(tǒng)有二路外部裝置電路如圖 ，因 為 二路電路工作原理基本相同，不同的是外部裝置，分別為降溫裝置（制冷機(jī)）和升溫裝置（加熱設(shè)備） ，故在此只用一個繼電器為例 。 繼電器與 單片機(jī) 端口相連。若單片機(jī)的 端口輸出 低 電平，則加在三極管 B 極的電壓使得三極管 導(dǎo)通 ，使得固態(tài)繼電器控制端有電流通過，外部電路開關(guān)被吸合，則外部降溫裝置（ 制冷機(jī)）或升溫裝置（加熱設(shè)備 ）工作。若單片機(jī)控制端輸出 高 電平，則外部電路開關(guān)斷開，外部裝置不工作。 圖 驅(qū)動外部裝置電路 報警電路 接口電路主要完成報警 聲。其構(gòu)成圖如圖 所示。 為報警信號輸出端口，當(dāng) 口輸出報警信號（ 低 電平），使三極管 導(dǎo)通 ，則電流經(jīng)過 R32，從三極管 E 極流向 C 極 使 蜂鳴器 工作， 蜂鳴器 則 發(fā)出報警聲。若 為 高 電平， 三極管截止，蜂鳴器不工作 。 13 圖 報警電路 7 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 程序設(shè)計思想 C語言具有可讀性 與 可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)，是使用最多的程序設(shè)計語言。本系統(tǒng)軟件全部采用 C 語言編寫。 本系統(tǒng)使用了模塊化的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計思想對軟件進(jìn)行設(shè)計 ， 這樣 使系統(tǒng)控制軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也便 于 理解和閱讀系統(tǒng)的程序 設(shè)計。程序分兩大模塊有： 溫度傳感器系列處理： 溫度檢測程序、溫度顯示程序、比較處理程序、修改限值程序、延時程序； GSM 網(wǎng)絡(luò) （即控制 TC35 收發(fā)短信程序）： TC35 模塊初始化、控制 TC35 模塊發(fā)送短信息、控制 TC35 模塊接收短信息、控制 TC35 模塊刪除短消息、讀寫 SIM 卡的電話本 ； 矩陣 鍵盤掃描程序、單片機(jī)看門狗技術(shù)抗干擾 。 溫度傳感器 子 程序 電路正常工作 情況下是不斷地循環(huán)程序， 程序主要功能是不斷檢測溫度并調(diào)用子程序顯示溫度值，同時，將溫度值與預(yù)先設(shè)定的限值作比較，不斷檢測修改限值按鍵，實(shí)現(xiàn)對 工業(yè)設(shè)備環(huán)境或所監(jiān)測的環(huán)境 溫度 進(jìn)行 實(shí)時監(jiān)控。 時序及 程序流程 圖 如下 ： 14 圖 DS18B20子 程序流程圖 N Y Y N 設(shè)定溫度限值 讀傳感器溫度值 溫度值處理 溫度顯示 按鍵掃描 溫度不 越限？ 越限處理 改限值？ 保存限值 系統(tǒng)初始化 開始 15 溫度檢測程序 該程序功能是把數(shù)字傳感器 DS18B20 檢測 當(dāng)前 工業(yè)設(shè)備環(huán)境或所監(jiān)測的環(huán)境 溫度值 ，如果在檢測時發(fā)現(xiàn)傳感器不存在則會發(fā)出報警聲，只有在傳感器存在的情況才將檢測的溫度值 讀入單片機(jī)內(nèi)存單元。其 檢測 程序流程圖 具體 如下： 圖 DS18B20溫度檢測程序流程圖 N Y 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令令 寫入 18B20 讀溫度前復(fù)位 報警 18B20 復(fù)位 開始 18B20 存在 ？ 延時 發(fā)出讀溫度命令 寫入 18B20 讀入溫度值數(shù)據(jù) 返回 16 比較處理程序 程序功能是取當(dāng)前溫度值與限值比較，若溫度 低于設(shè)定的下限值，外部報警電路工作，且 加熱 裝置工作；若溫度≥設(shè)定的上限值，報警、 制冷 裝置工作；如果溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，系統(tǒng)不報警、 加熱與制冷 裝置不工作。程序流程圖如下： 圖 比較處理 程序流程圖 GSM 主程序 與 SMS(Short Message