【文章內容簡介】 據(jù)后進行數(shù)據(jù)處理DS18B20的測溫原理：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送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55 ℃所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55 ℃所對應的一個基數(shù)值。減法計數(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數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(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)直到減法計數(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。它的測溫原理內部設置如圖31所示：DS18B20的硬件連線圖如圖32所示。圖31 DS18B20測溫原理內部設置圖32 DS18B20硬件電路圖方案二：LM35D進行溫度采集LM35是由國家半導體公司產(chǎn)生的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，轉換關系為，0℃時輸出為0V，每升高1℃，輸出電壓增加10mV[10]。 LM35有多種不同封裝型式，在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到177。1/4℃的準確率。其電源供電模式有單電源與正負雙電源兩種，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的測量；兩種接法的靜止電流溫度關系式如圖33所示，在靜止溫度中自熱效應低(℃)，單電源模式在25℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4—20V的供電電壓范圍內正常工作非常省電。圖33 靜止電流溫度關系式LM35是一種內部電路已校準的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比，線性度好，靈敏度高，精度適中。／℃，℃。其測量范圍為55——150℃。在靜止溫度中自熱效應低(℃)．工作電壓較寬，可在4——20V的供電電壓范圍內正常工作，且耗電量極省，工作電流一般小于60uA．輸出阻抗低。根據(jù)LM35的輸出特性可知，當溫度在0——150℃之間變換時，其輸出端對應的電壓為0——，此電壓可以直接進行AD轉換。如果采集的溫度值有負溫度時必須要使用正負雙電源進行分離，然后把負值通過反相器進行轉換后才可以送入AD進行溫度轉換為電壓值[11]。由方案一和方案二比較，優(yōu)點：DS18B20輸出的是數(shù)字量所以不需要AD轉換可以使硬件電路簡單，缺點是采集的溫度值精確度很低。LM35采集的溫度值是模擬量需要經(jīng)過AD轉換才可以送入單片機，優(yōu)點是采集的溫度值精度高，缺點是硬件電路復雜。綜上所述本系統(tǒng)由于系統(tǒng)溫度要求不高，故選用DS18B20作為溫度采集部分[12]。 AD轉換芯片的選擇方案方案一：ADC0809的技術參數(shù)ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。主要特性如下：（1）8路輸入通道，8位A/D轉換器，即分辨率為8位。（2）具有轉換起停控制端。（3）轉換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）（4）單個+5V電源供電。（5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準。（6）工作溫度范圍為40～+85攝氏度。（7）低功耗，約15mW。ADC0809的工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。IN0—IN7為模擬電壓輸入端，D0—D7為轉換后的數(shù)字電壓量[13]。轉換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。（1） 定時傳送方式：對于一種A/D轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128μs，相當于6MHz的MCS51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。（2） 查詢方式：A/D轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。（3） 中斷方式：把表明轉換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳輸。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。硬件電路圖的接線如圖34所示：圖34 ADC0809接線圖方案二：AD7705來完成模擬電壓的測量和數(shù)據(jù)轉換。 AD7705 采用SP I兼容的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器和DSP 連接, 也比并行接口方式大大節(jié)省了CPU的 I O口。在應用電路中，采用 51單片機 控制AD7705，對LM35溫度信號進行模數(shù)轉換。此方案采用二線連接收發(fā)數(shù)據(jù)。AD7705 的CS 接到低電平。DRDY的狀態(tài)通過監(jiān)視與DRDY線相編程數(shù)字濾波器等部件。能直接將LM35傳感器測量到的多路微小信號進行AD轉換[14]。這種器件還具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點，非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領域的應用。 AD7705 是完整的 16 位AD轉換器。若外接晶體振蕩器、精密基準源和少量去耦電容, 即可連續(xù)進行A D轉換。它采用了ΣΔ技術，可以獲得 16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出。這一點非常符合對分辨率要求較高但對轉換數(shù)字要求不高的應用，例如數(shù)字音頻產(chǎn)品和智能儀器儀表產(chǎn)品等。下面對該器件幾個重要部分和特性作簡要說明。增益可編程大器AD7705包括兩個全差分模擬輸入通道。片內的增益可編程放大器 PGA之一，能將不同擺幅范圍的各類輸入信號放大到接AD轉換器的滿標度電壓再進行AD轉換，這樣有利范圍的雙極性信號。LM35隨溫度的變化導致電壓的變化利用AD7705來完成模擬電壓到數(shù)字量的轉化，同時利用STC12C5A60S2單片機對轉換的二進制數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理，AIN1(+),AIN1()；AIN2(+),AIN2()用于接LM35電橋進行模擬電壓的輸入，然后再輸出數(shù)字量到單片機中[15]。其硬件電路圖如圖35所示。圖35 LM35接線圖方案三：單片機自帶的AD（STC12C5A60S2）單片機。在眾多的51系列單片機中，要算國內STC公司的1T增強系列更具有競爭力，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的，如STC12C5A60S2單片機內部就自帶高達60K FLASH ROM,這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。重要的一點STC12C5A60S2目前的售價與傳統(tǒng)51差不多，市場供應也很充足。是一款高性價比的單片機STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快812倍。內部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合[16]。 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；：STC12C5A60S2系列工作電壓：（5V單片機）STC12LE5A60S2系列工作電壓：（3V單片機）；：0～35MHz，相當于普通8051的 0～420MHz； /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)；；（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過55mA；7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；(STC12C5A62S2/AD/PWM無內部EEPROM)；9. 看門狗；（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）；:，誤差為+/5%,，誤差為+/3%；：外部高精度晶體/時鐘，內部R/C振蕩器(溫漂為+/5%到+/10%以內)用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘，常溫下內部R/C振蕩器頻率為：：11MHz～，：8MHz～12MHz，精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準；,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器,做串行通訊的波特率發(fā)生器再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器；，；,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/,INT1/,T0/,T1/, RxD/,CCP0/(), CCP1/()；(2路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列,2路）：可用來當2路D/A使用,也可用來再實現(xiàn)2個定時器,也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)；, 10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250K/S(每秒鐘25萬次).(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口；，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/()，TxD2/()；：40 +85℃(工業(yè)級)/0 75℃(商業(yè)級)：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴展I/O口,還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。由方案一、方案二和方案三可知方案三測量的精度和方案二的一樣。但是方案二需要外接AD芯片給硬件電路和成本帶來很大的麻煩。同時增加了系統(tǒng)設計的干擾性。為了避免硬件電路對系統(tǒng)照成的干擾使系統(tǒng)更穩(wěn)定等。所以本設計選擇為方案三的接線[17]。方案一：選擇SIM300作為用戶向供熱公司進行數(shù)據(jù)傳輸。SIM300 介紹SIM300是一款三頻段GSM/GPRS模塊，可在全球范圍內的EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz三種頻率下工作，能夠提供GPRS多信道類型多達10個，并且支持CSCSCS3和CS4四種GPRS編碼方案。SIM300內部功能模塊有：(1)鍵盤和SPI類型的LCD接口，方便用戶開發(fā)自己的應用設備。(2)具有調試和數(shù)據(jù)輸出兩個串口，幫助開發(fā)人員更容易開發(fā)產(chǎn)品。(3)雙音頻通道，包含兩個麥克風輸入和兩個話筒輸出，由AT指令配置其工作模式。SIM300有兩種RF天線接口：一種是天線連接器、一種是天線焊點。天線連接器型號為MURATA MM93292700，或者用戶也可以通過天線焊點自己焊接天線。SIM300具有低功耗設計。SIM300內部集成了TCP/IP協(xié)議棧，并且擴展了TCP/IP AT指令，使用戶利用該模塊開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設備變得非常簡單方便。SIM300電源供電SIM300從VBAT采用單電壓供電，—。某些情況下，當電流消耗升至典型峰值2A時，其傳輸脈沖的波動可能導致電壓下降，所以電源供電必須能夠提供足夠到2A的電流。推薦在VBAT輸入引腳使用旁路電容（推薦值：100uF，低阻抗）。低阻抗，小尺寸的瓷介電容（MLCC）性能上是首選，但成本較高。降低成本可以選用100uF的鉭電容（低阻抗）并聯(lián)一個小的瓷介電容（1uF到10uF），電容放置盡可能靠近SIM300的VBAT引腳。SIM300最小功率損耗當運用SIM300模塊進行設計時請?zhí)貏e注意電源供給功率，即使在傳輸突發(fā)脈沖串中電流消耗可能上升到2A時。，模塊可能自動關閉。所以我們使用板板連接器以最好的減少電壓降。您還需要注意母板上供電線或者電池組的阻抗。SIM300電源監(jiān)測可以用命令AT+CBC來監(jiān)測供電電壓。此命令監(jiān)測三個參數(shù)：電壓百分比和電壓值（mV）。它返回電池電壓容量的百分比，VBAT和GND的電壓值。根據(jù)操作模式，以一定的間隔時間連續(xù)測量電壓，其顯示值為某某（mV），命令AT+CBC執(zhí)行前最后一段測量時間內測到值得平均值。（1）省電模式有兩種方法可使SIM300達到超低功耗。一是用命令“AT+CFUN”，使模塊進入最小功能使用模式；二是用/DTR硬件接口信號使系統(tǒng)進入睡眠模式（或緩慢時鐘模式）。（2）睡眠模式（緩慢時鐘模式）。用戶應用時可用DTR信號來控制SIM300進入或退出睡眠模式。當DTR為高電平，同時沒有空中或音頻活動請求且沒有硬件中斷（比如GPIO中斷或串口有數(shù)據(jù)在傳輸）時，SIM300自動進入睡眠狀態(tài)。此模式下，模塊仍然可以從網(wǎng)絡接收尋呼或短消息。 RTC備用供電模塊可由外部電源或者電池（可充電或一次性都可以）通過板板連接器上的15引腳給實時時鐘供電。你只需接一個紐扣電池或者法拉電容給15引腳來作為實時時鐘備用供電。串行接口SIM300提供了兩個不平衡異步操作