【文章內(nèi)容簡介】 B20 的供電電源可以從數(shù)據(jù)線 單片機 按鍵 溫度采集 水位采集 LED 顯示 繼電器 繼電器 加熱控制 上水控制 電源 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 8 本身獲得，無線外部電源，每個 DS18B20 在出廠時 ,都有唯一的一個 ROM 序列號，可以將多個 DS18B20 同時連接在一根單總線上，從而實現(xiàn)多點分布溫度測量。DS18B20 以其簡單方便的接口，廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度控制、數(shù) 字溫度計和熱感測系統(tǒng)中。 DS18B20 的主要特點如下： 1） 1—— wire 單總線接口，通信僅需要一個 I/O 端口引腳； 2） 每個器件具有唯一的、儲存在片內(nèi) ROM 的 64 位序列碼； 3） 多節(jié)點檢測功能簡化了分布式溫度檢測應(yīng)用； 4） 使用簡單方便，無需外部原件； 5） 電源電壓范圍為 —— ，可選擇由數(shù)據(jù)線供電； 6） 可測量的溫度范圍 55—— +125 攝氏度； 7） 9 位數(shù)字溫度計分辨率； 8） 在 10—— +85 攝氏度溫度范圍內(nèi)具有正負 攝氏度的高精度； 9） 最大溫度轉(zhuǎn)換時間為 750ms； 10） 用戶可編 程的非易失性報警設(shè)置； 11） 報警搜索命令能夠自動識別和尋址溫度超出設(shè)定門限之外的器件； 12） 適合于包括溫度測量、溫度調(diào)節(jié)裝置控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費類產(chǎn)品、溫度計及任何溫度敏感系統(tǒng)的應(yīng)用。 ○ 2 DS18B20 的外形 DS18B20 的外形及引腳排列和封裝形式圖如圖 所示 圖 DS18B20 的封裝引腳圖 GN 地信號 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源 。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 9 VDD 當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 ○ 3 DS18B20 的結(jié)構(gòu) DS18B20 有三個主要的數(shù)字部件： 1） 64 位激光 ROM， 2） 溫度傳感器， 3） 非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 與 TL。 器件用以下的方法從單線通訊的線上獲得電源：當信號線處在高電平的時候，它能夠把能量儲存在其內(nèi)部的電容里，當信號線處在低電平的時候，消耗掉電容上的電能進行工作，一直到，高電平的到來，然后再給寄生的電源（電容）充電。DS1820 也可以用外部 5V 電源供電。 存 儲 器 和 控 制 邏 輯暫 存 器8 位 C R C產(chǎn) 生 器溫 度 傳 感 器上 限 觸 發(fā)下 限 觸 發(fā)6 4 位 R O M 和單 線 端 口電 源 檢 測D QV C C 圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 單純的通信功能是分時完成的。其中單線信號包括復(fù)位脈沖和響應(yīng)脈沖，寫“ 0”，寫“ 1”和讀“ 1”。它們都有嚴格的時隙概念。系統(tǒng)對 DS18B20的操作以 ROM命令和存儲器命令的形式出現(xiàn)。對它操作的協(xié)議是：初始化 DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖信號－發(fā) ROM 的功能命令－處理數(shù)據(jù)信號－發(fā)存儲器的命令處理數(shù)據(jù)，各種的操作都有相應(yīng)的時序圖。 DS18B20 在使用的時候，一般都是采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。只需將DS18B20 的信號線與單片機 1 位 I/O 口相連，且單片 機的 1 位 I/O 線可以掛接多個 DS18B20，也就是可以實現(xiàn)單點或多點溫度的測量。 DS18B20 傳感器精度高、互換性好，而且它直接將溫度的數(shù)據(jù)進行編碼，可只使用一根電纜來傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便簡單，傳輸?shù)木嚯x遠且抗干擾性強，與傳統(tǒng)的溫度傳感器系統(tǒng)相比起來系統(tǒng)得以簡化。系統(tǒng)的擴充維護十分方便。 ○ 4 DS18B20 的電源供電方式 1） DS18B20 寄生電源的供電方式電路 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 10 DS18B20 寄生電源的供電電路，如圖 所示，想讓 DS18B20 精確的進行溫度的轉(zhuǎn)換， I/O 口必須保證在溫度轉(zhuǎn)換 的期間能夠提供足夠的能量，因為每個DS18B20 在溫度轉(zhuǎn)換的期間工作的電流達到 1mA，當幾個溫度傳感器同時掛在一根I/O 線上進行多點測溫的時候，僅靠上拉電阻是沒有辦法提供足夠的能量，因而會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或者溫度誤差極大。因此，圖 電路只適用于單一的溫度傳感器測溫，不宜采用電池供電的方式，并且電源的電壓必須是穩(wěn)壓 5V。當電源的電壓下降的時候，使測量的誤差變大。 圖 DS18B20 寄生電源供電電路 圖 DS18B20 外部供電單點測溫電路 2） DS18B20 外部電源的供電方式 DS18B20 外部供電的單點測溫電路 ，如圖 所示， DS18B20 外部供電的多點測溫電路，如 圖 所示。此時 I/O 口不需要上拉電壓，而且在總線上可以掛多個 DS18B20 傳感器，組成多點的測溫系統(tǒng)。但需要注意的是在外部供電的方式下，傳感器的 GND 引腳不能夠懸空，否則讀取溫度顯示總是 85℃ 。 圖 DS18B20外部供電多點測溫電路 通過比較上述的兩種供電方式后，認為外部電源供電的方式對電源的要求比電源供電的方式優(yōu)越些而且穩(wěn)定性好。 ○ 5 DS18B20的數(shù)據(jù)操作 1wire 總線將通信時使用的引腳減少到只有一根，在數(shù)據(jù)傳輸時需要滿足特定的格式才能進行。 1wire 總線通信的第一步是選擇 1wire 設(shè)備，然后 1wire主機發(fā)送各種命令來進行數(shù)據(jù)傳輸。 1） rom 操作命令 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 11 1wire 總線協(xié)議選擇 1wire 設(shè)備，主要是讀取內(nèi)部的 64位 ROM 序列號。在實際的通信過程中， 1wire 主機通過如下 5 個 ROM 操作命令來實現(xiàn)。 a 讀出 ROM 序列號命令（代碼為 33H），用于讀出 DS18B20 的 64 位激光 ROM 序列號。 b 匹配 ROM 序列號命令（代碼為 55H），用于識別（或選中）某一特定的 DS18B20并進行后續(xù)操作。 c 搜索 ROM 序列號命令（代碼為 F0H),用于確定 1wire 總線上的節(jié)點數(shù)，以及所有節(jié)點設(shè)備的 ROM 序列號。 d 跳過 ROM 序列號命令（代碼為 CCH），用于等命令發(fā)出后，系統(tǒng)將對所有 DS18B20進行操作，通常用于啟動所有 DS18B20 進行溫度轉(zhuǎn)換之前，或 1wire 總線中僅有一個 DS18B20 時。 e 溫度報警搜索命令（代碼為 ECH），用于識別和定位系統(tǒng)中超出用戶設(shè)定的報警溫度界限的節(jié)點設(shè)備。 2)存儲操作命令 a 溫度轉(zhuǎn)換命令（代碼為 44H），用于啟動 DS18B20 進行溫度測量。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行后， DS18B20 進行溫度測量和轉(zhuǎn)換。 b 復(fù)制暫存器命令（代碼為 48H），用于將高速暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到 DS18B20 的E2PROM 中，即把溫度報警器觸發(fā)字節(jié)復(fù)制到非易性存儲器中。 c 寫暫存器命令（代碼為 4EH），用于將數(shù)據(jù)寫入 DS18B20 高速暫存器的地址 2(TH字節(jié)）和地址 3（ TL字節(jié)）。當 DS18B20 執(zhí)行寫暫存器命令時，可以通過復(fù)位命令來中止寫入。 d 重讀 E2PROM 命令（代碼為 B8H），用于將存儲在非易失性 E2PROM 中的內(nèi)容重新讀入到存儲器中 e 讀電源命令（代碼為 B4H），用于讀取 DS18B20 的供電方式。讀電源命令執(zhí)行后，通過讀命令，將返回其供電模式，“ 0”表示使用寄生電源，“ 1”表示使用外部電源。 f 讀暫存器命令（代碼為 BEH），用于讀取高速暫存器中的內(nèi)容。從高速暫存器字節(jié) 0開始，最多讀取 9B。在讀暫存器命令執(zhí)行的過程中， 1wire 主機可以在任何時間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。 ○ 6 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換操作 DS18B20 為 9 位數(shù)字溫度分辨率，精度為 ，其溫度數(shù)據(jù)格式如表 325所示 。 DS18B20 的溫度與數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系 ,如表 所示，所有的數(shù)據(jù)都是以最低有效位（ LSB)在前的方式進行讀寫的。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 12 表 DS18B20 溫度寄存器的數(shù)據(jù)格式 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 LSB 62 52 42 32 2 12 02 12? Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 MSB S S S S S S S S 表 DS18B20 的溫度與數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系 溫度 數(shù)據(jù)（二進制數(shù)） 數(shù)據(jù)（十六進制數(shù)） +1250C 0000 0000 1111 1010 0x00FAH +250C 0000 0000 0011 0010 0x0033H + 0000 0000 0000 0001 0x0001H 00C 0000 0000 0000 0000 0x0000H 1111 1111 1111 1111 0xFFFFH 250C 1111 1111 1100 1110 0xFFCEH 1250C 1111 1111 1001 0010 0xFF92H DS18B20 通過溫度轉(zhuǎn)換命令啟動一次溫度測量。測量結(jié)果存放在高速暫存器中 ，占有暫存器字節(jié) 0（ LSB）和字節(jié) 1（ MSB0）。由于 DS18B20 可以測量正負溫度，因此，測量數(shù)據(jù)是以 16 位帶符號位擴展的二進制補碼形式存放的。 1wire 主機使用讀暫存器命令可以把高速暫存器中的測量結(jié)果讀出。 ○ 7 DS18B20 的時序 1)復(fù)位 圖 復(fù)位 單片機在 t0 時刻發(fā)出一復(fù)位的脈沖 (最短為 480us 的低電平的信號 )，接著在t1 時刻，釋放總線然后進入接收的狀態(tài)，當 DS18B20 檢測到了，總線地上升沿 后，會等待 1560us，接著 DS18B20 在 t2 的時刻會發(fā)出存在的脈沖 (低電平將持續(xù)60240us)，如圖 中虛線所示。 2） 寫操作 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 13 圖 寫操作 當單片機將總線 t0 時刻從高電平拉至低電平的時候，就產(chǎn)生寫時間隙。見上圖，從 t0 時刻開始 15us 之內(nèi)應(yīng)把所要寫的位及時送到總線上。 DS18B20 在 t0后 1560us 間會對總線采集樣本數(shù)據(jù)，若低電平寫入是 0；若高電平，寫入的是 1。連續(xù)寫 2 位間的間隙應(yīng)大于 1us。 3） 讀操作 圖 讀操作 當單片機將總線 t0 時刻從高電平拉到低電平的時候，總線只需要保持，低電平 4us 之后，在 t1 的時刻會將總線拉高，會產(chǎn)生讀的時的候的間隙，讀的時間在t1 時刻后 t2 時刻前有效， t2 距 t0為 15us，也就是說，在 t2的時刻前的主機必須要完成讀位 并在 t0 后的 60us~120us 內(nèi)要釋放總線。 電磁繼電器 電磁繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、易于掌握、維修方便、品種繁多和適用范圍廣等特點。電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相似，由電磁系統(tǒng)、觸 點系統(tǒng)和釋放彈簧等組成，是由控制電流通過線圈所產(chǎn)生的電磁吸力驅(qū)動磁路中的可動部分而實現(xiàn)觸點開、閉或轉(zhuǎn)換功能的繼電器。由于繼電器用于控制電路，所以流過其觸點的電流比較小，故不需要滅弧裝置。電磁繼電器是由感應(yīng)機構(gòu)、變換機構(gòu)、比較機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成。感應(yīng)機構(gòu)是線圈；變換機構(gòu)是電磁系統(tǒng)，包括鐵芯、銜鐵、軛鐵和線圈；比較機構(gòu)是反力系統(tǒng)，主要包括反力彈簧和簧片；執(zhí)行機構(gòu)是到點接觸系統(tǒng)（主要指觸點），多為簧片結(jié)構(gòu)。電磁繼電器的線圈，是用很細的漆包線在鐵芯上繞近萬砸的螺管線圈。必須著重指出，線圈是電感性元件，電流不能突變。 在電源接通的瞬間，電流不能從 0躍變到 40 毫安，而是按指攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 14 數(shù)規(guī)律上升，上升的快慢，取決于線圈的電感 L 和電阻 R。繼電器的觸點可以分為四類。一類是動合觸點，又叫常開觸點。由兩片簧片組成，平時不接觸，繼電器吸動后它們閉合。一類是靜合觸點，又叫常閉觸點。兩片簧片平時接觸著，繼電器吸動后分開。一類是切換觸點，由三片簧片組成，平時中間一片簧片和上面的簧片接觸，而和下面的簧片分開。當繼電器吸動后，中間簧片和上簧片分開了，而和下簧片接觸。最后一類是先合后離切換觸點，也又三片簧片組成，它和一般切換觸點的區(qū)別，是繼電器吸動后，要保 證原來分開的兩簧片先接觸，然后再使原來閉合的兩簧片分離，以達到不間斷地切換電路的目的。電磁繼電器的有