【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、二電路復雜，調試復雜，不容易得出正確的溫度值；方案三電路簡單而且容易調試，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，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，硬件設計方 面也簡單，適合作為本系統(tǒng)的顯示模塊。 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（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。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、結構簡單、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構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)出的復位脈沖和從機響應的應答脈沖組成應答脈沖使主機知道總線上有從機設備且準備就緒。 2)ROM 命令 在主機檢測到應答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM 命令。這些命令與各個從機設備的唯一64 位 ROM 代碼相關，允許主機在單總線上連接多個從機設備時，指定操作某個從機設備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設備以及其設備類型，或者有沒有設備處于報警狀態(tài)。從機設備可能支持 5 種 ROM 命令 (實際情況與具體型 號有關 )， XXXXXX 學院畢業(yè)設計（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 :轉換溫度【 44h】、讀暫存器【 BEh】、寫暫存器【 4Eh】、復制暫存器【 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 :復位脈沖、應答脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1。所有這些信號，除了應答脈沖以外，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 介紹及測溫電路設計 美國 MAXIM 公司的子公司 — Dallas 半導體公司的數(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)把溫度轉換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 內(nèi)把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快 。令測量結果直接輸出數(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)部結構 DS18B20 內(nèi)部結構主要有四部分組成 :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)部結構分別如圖 31 和 32 所示。 圖 31 DS18B20的外形封裝 圖 32 DS18B20內(nèi)部結構 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 寄存器被設置在一 55℃所對應的一個基數(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 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，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 的預置值。 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（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 器的結構如表 31所示。 表 31 配置寄存器結構 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是“ 1”， TM 是測試模式位，用于設置 DS18B20 出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。 Rl 和 RO 用來設置分辨率，具體配置如表 42 所示 (DS18B20 出廠時被設置為 12 位 )。 表 32 溫度分辨率設置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉換時間 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 進行精確的溫度轉換， I/O 線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個 DS18B20 在溫度轉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 學院畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 無法轉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)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉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 器或啟動溫度轉換指令后，必須在最 1181。S 內(nèi)把 I/0 線轉換到強上拉狀態(tài)。在此前上拉可以解決電流供應不足的問題，因此也適合于多點溫度應用，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 學院畢業(yè)設計（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 學院畢業(yè)設計（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 以上的高電平恢復期。時序圖如圖 所示。 DS18B20 的 ROM 和存儲器命令 由 DS18B20 的結構可以看出，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 學院畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 表 35 存儲器操作舉例 小結 : DS18B20 是