【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 燥機(jī)。顯示電路采用 LCD1602 模塊，使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管構(gòu)成報(bào)警電路。 （如圖 所示） 。 方案論證方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運(yùn)算放大器傳給處理器。它控制雖然簡(jiǎn)單，但電路復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)溫度測(cè)量和監(jiān)控。由于采用了多個(gè)分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，容易出現(xiàn)誤差，測(cè)量結(jié)果不是很準(zhǔn)確，因此本方案并不可取。方案二采用智能溫度傳感器 DS18B20，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡(jiǎn)單，只需要模擬 DS18B20 的讀寫時(shí)序，根據(jù) DS18B20 的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度,體現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性，性價(jià)比低。綜上所述，本課題應(yīng)當(dāng)采用方案二對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。．．．．．．DS18B20鍵盤 單 片 機(jī) LCD 液晶顯示電路報(bào)警器HS1100 555 振蕩電風(fēng)扇干燥機(jī)HS1100 555 振蕩DS18B208253可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器圖 方案二溫濕度測(cè)量系統(tǒng)方案框圖 8253 可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器內(nèi)部有三個(gè)計(jì)數(shù)器，分別為計(jì)數(shù)器 0、計(jì)數(shù)器 1 和計(jì)數(shù)器 2，他們的機(jī)構(gòu)完全相同。每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入和輸出都決定于設(shè)置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨(dú)立。每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一個(gè) 8 位的控制寄存器，還有一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)初值寄存器 CR、一個(gè)計(jì)數(shù)執(zhí)行部件 CE 和一個(gè)輸出鎖存器OL。CR 、CE 和 OL 都是 16 位寄存器，也可以作 8 位寄存器來用。3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作原理綜述基于單片機(jī)的單總線多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以 AT89C52 為中心，以 KEIL 為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺(tái)，以 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以 PROTEUS 作為仿真軟件設(shè)計(jì)而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、濕度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報(bào)警電路、電風(fēng)扇、干燥機(jī)組成，電路圖如附錄 A 所示。溫度傳感器是 DS18B20 芯片，它的輸入、輸出采用數(shù)字量，通過單總線，接收主機(jī)發(fā)送的命令，根據(jù) DS18B20 內(nèi)部的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)值以串口形式發(fā)給主機(jī)，主機(jī)按照通訊協(xié)議用一個(gè) I/O 口模擬 DS18B20 時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM 命令、功能命令）給 DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理得到溫度值。濕度傳感器是 HS1100 芯片，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集，然后通過編程將電壓頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的濕度。濕度和溫度值在液晶上循環(huán)顯示。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可以通過軟件設(shè)置各點(diǎn)溫濕度的上限值和下限值，當(dāng)某點(diǎn)溫度或濕度超過設(shè)置值時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警且執(zhí)行器開始工作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各點(diǎn)溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 AT89C52 的介紹 AT89C52 芯片的簡(jiǎn)介AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合 [3]。AT89C52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。圖 AT89C52 引腳圖 AT89C52 主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)32 個(gè)雙向 I/O 口3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷2 個(gè)串行中斷2 個(gè)外部中斷源2 個(gè)讀寫中斷口線低功耗空閑和掉電模式8K 可反復(fù)擦寫（大于 1000 次）Flash ROMbit 內(nèi)部 RAM2568?時(shí)鐘頻率 0~24MHz可編程 UART 串行通道共 6 個(gè)中斷源3 級(jí)加密位軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 DS18B20 簡(jiǎn)介美國 MAXIM 公司的子公司 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線” 接口的溫度傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三級(jí)管的集成電路內(nèi)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活，使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn) [6]。 DS18B20 的性能特點(diǎn)單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 器件的特點(diǎn)如下：1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 DS18B20 的雙向通訊。2）在使用中不需要任何外圍元件。3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： ~ V。4）測(cè)溫范圍：55 ~125 ℃。測(cè)溫分辨率為 ℃。5）通過編程可實(shí)現(xiàn) 9~12 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)在三條線上，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 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的管腳排列如圖 所示。DS18B20 引腳定義：(1) DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端；(2) GND 為電源地；(3) VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） 。DS18B20 采用 3 角 PR35 封裝或 8 角 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 DS18B20 的管腳排列圖64 位ROM 和單線接口電流檢測(cè)存儲(chǔ)器和控制器 高速 緩存存儲(chǔ)器8 位 CRC 生成器溫度敏感元件低溫觸發(fā)器 TL高溫觸發(fā)器 TH配置寄存器圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（1）64 位光刻 ROM 的結(jié)構(gòu)如下：8位CRC校驗(yàn)碼 48位序列號(hào) 8工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB在 ROM 中，開始是 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼?？捎?ROM 操作命令讀出其內(nèi)容。（2）內(nèi)部存儲(chǔ)器DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器字節(jié)順序如下：溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC字節(jié) 0 字節(jié) 8第 1，2 字節(jié)保存溫度數(shù)值，第 1 字節(jié)為低位，第 2 字節(jié)為高位。第 3，4 字節(jié)鎖存器 TH 和 TL 保存非易市失性溫度報(bào)警數(shù)據(jù)，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限。第 5 字節(jié)是配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20 工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1該寄存器低 5 位都是 1，TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來設(shè)置分辨率，如表 所示（DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12位）。表 分辨率與轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms1 1 12 位 750ms　　由表可知，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)?！　〉?6～8 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來保證通信正確。CRC 的產(chǎn)生在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。處理器根據(jù)ROM 的前 56 位來計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的溫度值格式當(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)在內(nèi)部存儲(chǔ)器的第 1，2 字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃/LSB 形式表示。溫度值格式如表 所示： DS18B20 溫度值格式表 　 Bit 7 　Bit 6 Bit 5 Bit 4 　Bit 3 Bit 2 Bit 1 　Bit 0 LS Byte Bit15 　 Bit14 Bit13 Bit12 　Bit11 Bit10 Bit 9 Bit 8MS Byte 2223 21 20 21 22 23 24 SS S S S 26 25 24當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼（在取補(bǔ)） ，再計(jì)算十進(jìn)制值。表 是一部分溫度值對(duì)應(yīng)表。 表 部分溫度值對(duì)應(yīng)表溫度（ ℃） 二進(jìn)制 十六進(jìn)制+125 0000 0111 1101 0000 07D0H+ 0000 0001 1001 0001 0191H+ 0000 0000 0000 1000 0008H0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1110 0110 1111 FE6FH55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 單總線(1Wire)的基本原理單總線(lWire)采用單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向，它具有節(jié)省 I/O 口線資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。1Wire 單總線適用于單個(gè)主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)位于總線上時(shí)，系統(tǒng)可按照單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作，而當(dāng)多個(gè)從機(jī)位于總線上時(shí)，則系統(tǒng)按照多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個(gè)部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號(hào)方式( 信號(hào)類型和時(shí)序)。DS18B20 的測(cè)溫原理圖如圖 所示：斜率累加器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器 減法計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)比較器預(yù)置溫度寄存器減到0增加高溫度系數(shù)振蕩 減法計(jì)數(shù)器 2 減到 0停止 DS18B20測(cè)溫原理圖圖 中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其晶振頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，知道溫度寄存器仍達(dá)到被測(cè)溫度值。典型的單總線命令序列如下：第一步：初始化；第二步：ROM 命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)） ；第三步：功能命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)） 。每次訪問單總線器件，必須嚴(yán)格遵守這個(gè)命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。但是，這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)于搜索 ROM 命令和報(bào)警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機(jī)不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。1）初始化基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。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。2）ROM 命令在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM 命令。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一 64 位 ROM 代碼相關(guān)，允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。這些命令還允許主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。從機(jī)設(shè)備可能支持 5 種 ROM 命令(實(shí)際情況與具體型號(hào)有關(guān)) ，每種命令長(zhǎng)度為 8 位。主機(jī)在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的 ROM 命令。ROM 命令主要包括：搜索[0F0h]、讀 ROM[33h]、匹配 ROM