【文章內(nèi)容簡介】 。使用可靠。它只需直 流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡單。作為電流輸出型傳感器的一個特點是，和電壓輸出型相比，它有很強的抗外界干擾能力。 AD590 的測量信號可遠傳百余米。 方案三：采用 DS18B20。 DS18B20 采用獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊；在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，故電路比較簡單；它的測溫范圍在 55℃～ +125℃之間，在一 10℃ ~十 85℃時精 度為士 ℃。 綜合比較，方案一、二電路復(fù)雜，調(diào)試復(fù)雜，不容易得出正確的溫度值；方案三電路簡單而且容易調(diào)試，易得出正確的溫度。同時，系統(tǒng)要求的測溫時間間隔 1~10ms左右，可以彌補 DS18B20 測溫時間比較長的缺點。所以經(jīng)過以上分析選擇方案三作為本系統(tǒng)的測溫模塊比較合理。 GSM 無線通訊模塊 目前，基于 GSM 無線通訊模塊實終現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠袃煞N：短消息和 GPRS。兩者都是利用公用網(wǎng)絡(luò)，不同的是 GPRS 的監(jiān)測終端使用 inter 才能獲得數(shù)據(jù)，在互聯(lián)網(wǎng)世界下，使用 GPRS 是一大優(yōu)點，但是在沒 有互聯(lián)網(wǎng)下就是它的缺點。 短消息沒有這樣的限制，使得它的適用范圍更廣。所以這里選擇短消息作為系統(tǒng)的無線傳輸方式。而 TC35I 是一個非常好用的 GSM 模塊，它的設(shè)計主要是針對短消息的發(fā)送和接收。所以這里選擇 TC35I 作為本系統(tǒng)的 GSM 無線傳輸模塊。 顯示模塊 從系統(tǒng)看，系統(tǒng)需要顯示的地方有：按鍵設(shè)置上下限溫度值和測量溫度值。要顯示的數(shù)據(jù)量不大。如果采用 LCD 作為顯示模塊就顯有點大材小用，而且 LCD 程序編寫復(fù)雜， STC89C51 的程序存儲器空間可能不夠。而一般的 LED 顯示程序編寫簡單，硬件設(shè)計方 面也簡單，適合作為本系統(tǒng)的顯示模塊。 XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 3 DS18B20 簡介 單總線 (1 一 Wire)的基本原理 概述 單總線 (lWire)是 Maxim全資子公司 Dallas 的一項專有技術(shù)。與目前多數(shù)標準串行數(shù)據(jù)通信方式，如 SP/I2C/MICROWIRE 不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，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)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。 1Wire 單總線適用于單個主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。當只有一個從機位于總線上時，系統(tǒng) 可按照單節(jié)點系統(tǒng)操作 。而當多個從機位于總線上時，則系統(tǒng)按照多節(jié)點系統(tǒng)操作。 為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號方式 (信號類型和時序 )。 命令序列 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，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應(yīng)主機。但是，這個準則對于搜索 ROM 命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機不能執(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，初始化過程由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成應(yīng)答脈沖使主機知道總線上有從機設(shè)備且準備就緒。 2)ROM 命令 在主機檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM 命令。這些命令與各個從機設(shè)備的唯一64 位 ROM 代碼相關(guān)，允許主機在單總線上連接多個從機設(shè)備時，指定操作某個從機設(shè)備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報警狀態(tài)。從機設(shè)備可能支持 5 種 ROM 命令 (實際情況與具體型 號有關(guān) )， XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 每種命令長度為 8 位。主機在發(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 ROM【 FOh】、讀 ROM【 33h】、匹配 ROM【 55h】、跳越 ROM【 CCh】、報警搜索【 ECh】等。 3)功能命令 在主機發(fā)出 ROM 命令，以訪問某個指定的單總線器件，接著就可以發(fā)出單總線器件支持的某個功能命令。功能命令主要包括 :轉(zhuǎn)換溫度【 44h】、讀暫存器【 BEh】、寫暫存器【 4Eh】、復(fù)制暫存器【 48h】、回讀 EEPROM【 B8h】、讀供電方式【 B4h】等。 信號方式 所有的單總線器件要 求采用嚴格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型 :復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1。所有這些信號，除了應(yīng)答脈沖以外，都由主機發(fā)出同步信號。并且發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前，這一點與多數(shù)串行通信格式不同 (多數(shù)為字節(jié)的高位在前 )。 DS18B20 介紹及測溫電路設(shè)計 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，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線” 的優(yōu)點。 DS18B20 的主要特性 ◎適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍 :~，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 ◎獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 ◎ DS18B20 支持多點功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在位的三線上，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多點測量 。 ◎ DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 ◎測溫范圍一 55℃ ~+125℃，在一 10℃ ~十 85℃時精度為士 ℃ 。 ◎可編程的分辨率為 9~12 位，對應(yīng)的測溫精度為 ℃、 ℃、 ℃、 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫 。 ◎在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。令測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 。 ◎負壓特性 :電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成 :64 位光 刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器， DS18B20 的外形及管腳排列因封裝不同而不同，其外形封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖 31 和 32 所示。 圖 31 DS18B20的外形封裝 圖 32 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 工作原理 DS18B20 測溫原理如圖 33 所示。圖中低溫度系統(tǒng)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于生產(chǎn)固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度 寄存器被設(shè)置在一 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計算，當計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預(yù)置值。 XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 圖 33 DS18B20測溫原理框圖 DS18B20 有一個配置寄存器，它用來配置測溫分辨率的，配置寄存 器的結(jié)構(gòu)如表 31所示。 表 31 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是“ 1”， TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。 Rl 和 RO 用來設(shè)置分辨率，具體配置如表 42 所示 (DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位 )。 表 32 溫度分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9位 0 0 10位 1 0 11位 375MS 1 1 12位 750MS 測溫電路設(shè)計 對于 DS18B20，可以采用兩種方式給它供電 :一種是寄生電源供電方式 。另一種是外接電源給它供電。 在寄生電源供電方式下，如圖 34 所示， DS18B20 從單線信號線上汲取能量 :在信號線 DQ 處于高電平期間能把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源 (電容 )充電。 要想使 DS18B20 進行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O 線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個 DS18B20 在溫度轉(zhuǎn)換器件工作電流達到 lmA，當幾個溫度傳感器掛在同一根 UO 線上進行多點測溫時，只靠 上 拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成 XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。 就此電路，做過大量的實驗，在實驗中，降低電源電壓 VCC，當?shù)陀? 時，測出的溫度比實際的溫度高誤差大。當電源電壓降為 4V 時，溫度誤差有 3℃之多，這是因為寄生電源汲取能量不夠造成的，因此，不適用用于組建多點測溫系統(tǒng)。 有人改進過寄生電源供電方式，如圖 35 所示。為了使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到存儲器操作時，用 MOSFET 把拍線直接接到 VCC 就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到 EEPROM 存儲 器或啟動溫度轉(zhuǎn)換指令后，必須在最 1181。S 內(nèi)把 I/0 線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。在此前上拉可以解決電流供應(yīng)不足的問題，因此也適合于多點溫度應(yīng)用，缺點就是多占用一根 I/O 口線進行上拉切換，軟件編程也復(fù)雜些。 圖 34 寄生電源供電圖 圖 35 改進型寄生電源供電圖 DS18B20 的時序圖 單總線系統(tǒng)包括一個總線控制器和一個或多個從機。 DS18B20 是從機。系統(tǒng)要通過單總線選擇合適的時序才能驅(qū)動它。具體為：初始化時序、寫時序、讀時序。 (1) 初始化時序 主機控 制 DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復(fù)位脈沖 (最短為480181。s的低電平 )， 接著主機釋放總線進入接收狀態(tài)， DS18B20在檢測到 I/O引腳上的上升沿之后，等待 15~60181。s然后發(fā)出存在脈沖 (60~240181。s的低電平 )。時序圖如圖 36。 XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 圖 36 初始化時序圖 (2) 讀 /寫時序 寫時間片：將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在 15181。S 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15181。S 到 60181。S 之間對數(shù)據(jù)線進行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平， 寫 0 就發(fā)生。在開始另一 個寫周期前必須有 1181。S 以上的高電平恢復(fù)期。時序圖如圖 37 所示。 圖 37 讀 /寫時序圖 讀時間片主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1181。S 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平 , 從 XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 而產(chǎn)生讀起始信號。主機在讀時間片下降沿之后 15181。S 內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60181。S ,各個讀周期之間也必須有 1181。S 以上的高電平恢復(fù)期。時序圖如圖 所示。 DS18B20 的 ROM 和存儲器命令 由 DS18B20 的結(jié)構(gòu)可以看出，要完成溫度采集就必須用軟件對 DS18B20 內(nèi)部的 ROM和存儲器進行操作。如果計算機檢測 到單總線上有器件存在，就可以發(fā)出傳送 ROM 命令。具體的傳送 ROM 命令格式如表 33 所示。 表 33 DS18B20的 ROM命令 傳送 RAM 命令是當上述命令之一被成功執(zhí)行后，控制機發(fā)出的控制命令，它用來訪問被選中的器件的存儲和控制部件，例如，啟動單總線溫度傳感器 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的命令。具體命令見表 34。 表 34 DS18B20的存儲命令 主機對 DS18B20 進行 ROMT 和存儲器的操作就可實現(xiàn)溫度采集。舉例如下表 35 XXXXXX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 表 35 存儲器操作舉例 小結(jié) : DS18B20 是