智能溫度控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計-資料下載頁
2025-06-23 20:32本頁面
【正文】 監(jiān)測和控制等方面非常有用。圖 1 是表示 DS18B20 的方框圖，表 1 已經(jīng)給出了引腳說明。64 位只讀存儲器儲 存器件的唯一片序列號。高速暫存器含有兩個字節(jié)的溫度寄存器，這兩個寄存器 用來存儲溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，高速暫存器提供一個直接的溫度報 警值寄存器（TH 和 TL），和一個字節(jié)的的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫 度的精度設(shè)定為 9，10，11 或 12 位。TH,TL 和配置寄存器是非易失性的可擦除 程序寄存器（EEPROM），所以存儲的數(shù)據(jù)在器件掉電時不會消失。DS18B20通過達拉斯公司獨有的單總線協(xié)議依靠一個單線端口通訊。當(dāng)全部器件 經(jīng)由一個3態(tài)端口或者漏極開路端口（DQ引腳在DS18B20上的情況下)與總線連接 的時候，控制線需要連接一個弱上拉電阻。在這個總線系統(tǒng)中，微控制器（主器 件）依靠每個器件獨有的64位片序列號辨認總線上的器件和記錄總線上的器件地 址。 由于每個裝置有一個獨特的片序列碼,總線可以連接的器件數(shù)目事實上是無 限的。單總線協(xié)議，包括指令的詳細解釋和“時序”單總線系統(tǒng)。DS18B20的另一個功能是可以在沒有外部電源供電的情況下工作。當(dāng)總線處于高 電平狀態(tài)，DQ與上拉電阻連接通過單總線對器件供電。同時處于高電平狀態(tài)的總 線信號對內(nèi)部電容（Cpp）充電，在總線處于低電平狀態(tài)時，該電容提供能量給器件。這種提供能量的形式被稱為“寄生電源”。作為替代選擇，DS18B20同樣可以通過VDD引腳連接外部電源供電。 引腳說明GND－地 DQ－數(shù)據(jù) I/O 對于單線操作： 漏極開路。當(dāng)工作在寄生電源模式時 用來提供電源（建“寄生電源”節(jié)）。VDD－可選電源電壓NC－無連接單總線信號DS18B20 需要嚴格的單總線協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括集中單總線信號 類型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1。所有這些信號，除存在 脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。復(fù)位序列：復(fù)位和存在脈沖DS18B20 間的任何通訊都需要以初始化序列開始，初始化序列見圖 13。一個復(fù)位脈沖跟著一個存在脈沖表明 DS18B20 已經(jīng)準備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在初始化序列期間，總線控制器拉低總線并保持 480us 以發(fā)出（TX）一個復(fù)位脈 沖，然后釋放總線，進入接收狀態(tài)（RX）。單總線由 5K 上拉電阻拉到高電平。當(dāng) DS18B20 探測到 I/O 引腳上的上升沿后，等待 1560us,然后發(fā)出一個由 60240us 低電平信號構(gòu)成的存在脈沖。讀/寫時序DS18B20 的數(shù)據(jù)讀寫是通過時序處理位來確認信息交換的。寫時序由兩種寫時序：寫1時序和寫 0 時序?？偩€控制器通過寫 1 時序?qū)戇壿?1 到 DS18B20，寫 0 時序?qū)戇壿?0 到 DS18B20。所有寫時序必須最少持續(xù) 60us，包括 兩個寫周期之間至少 1us 的恢復(fù)時間。當(dāng)總線控制器把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到 低電平的時候，寫時序開始（見圖14）?？偩€控制器要生產(chǎn)一個寫時序，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫時序開 始后的 15us 釋放總線。當(dāng)總線被釋放的時候，5K 的上拉電阻將拉高總線?？偪?制器要生成一個寫 0 時序，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并持續(xù)保持（至少 60us）。總線控制器初始化寫時序后，DS18B20 在一個 15us 到 60us 的窗口內(nèi)對 I/O 線采樣。如果線上是高電平，就是寫 1。如果線上是低電平，就是寫 0。 DS18B2O系列溫度傳感器將溫度模擬量轉(zhuǎn)化為帶正負號的數(shù)字量（由16位補碼表示，容量2字符），Ri為上拉電阻，傳感器使用外置電源供電。，P0口接LED顯示屏。AT89S52單片機是整套設(shè)備控制的核心，顯示模塊包括四組共陽極發(fā)光二極管LED和四個9012三極管。傳感器、溫度顯示、繼電器控制的讀寫則完全由系統(tǒng)程序控制。 4 無線電信號傳輸系統(tǒng)設(shè)計 如圖1所示，被測信號通過無線傳輸模塊傳輸。礦井下信號有線傳輸有以下幾個缺點。（1）井下煤礦的開采通過軸承和管道發(fā)掘。也就是說，井下開采需要使用大量的設(shè)備。因此很難在軸承和管道中鋪設(shè)配線，而且井下惡劣的環(huán)境也會很大程度影響信號的傳輸。 （2）當(dāng)井下機器運轉(zhuǎn)時，工作人員需要時刻檢查信號傳輸?shù)碾娎|。這樣就增加了工作人員的勞動強度。 （3）依照現(xiàn)行連接方式的長距離傳感器信號傳輸可能會導(dǎo)致大量錯誤。為了減少錯誤，需要安裝長距離電纜驅(qū)動和安全柵欄。這就增加了工程成本、 （4）維持井下正常生產(chǎn)的工作量會更大。 相比較而言，無線電數(shù)據(jù)傳輸將會有效的避免以上問題。 本設(shè)計使用無線電信號傳輸模塊nRF9O5，其主要特性如下：完整的無線電接收器433/868/915兆赫茲，由一個完整頻率的調(diào)制器、一個調(diào)節(jié)器接收器、一個功率放大器、一個晶振和一個調(diào)整器組成。序文和循環(huán)冗余碼校驗在模塊中自動生成，并且可以輕易通過SPI接口編程，這樣，模塊的耗能將減小。當(dāng)傳輸單位為10毫分貝，發(fā)射電流為30mA。同樣可以實現(xiàn)模塊的節(jié)能。5 軟件設(shè)計為了給DS18B2O編寫讀寫程序，必須保證讀寫時序的正確。否則，溫度測量的結(jié)果不能被讀出。所以編寫DS18B2O的程序最好使用匯編語言，軟件設(shè)計程序流程圖如圖2。主程序如下所示：6 結(jié)論測量控制裝置的性能主要取決于傳感元件的性能、處理電路及所收集的數(shù)據(jù)的傳輸效率。數(shù)字溫度傳感器DS18B2O和單片機處理芯片 AT89S52有特征良好的技術(shù)指標，并且在電路系統(tǒng)中有很多顯著的優(yōu)勢,比如說準確的數(shù)據(jù)檢測、穩(wěn)定性好,調(diào)整相對簡單。經(jīng)過工業(yè)運行試驗，證明該系統(tǒng)是優(yōu)秀的。在最糟糕的礦山建設(shè)環(huán)境下提供了強有力的安全保障，并帶來了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。7 摘要文獻[1] WANG Furui, “Single chip microputer measurement and control system prehensive design,” Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press, 1998.[2] XIA Huguo, “Technology application in automation binedmining face,” Shaanxi Coal, 2007.[3] SHA Zhanyou, “Principle and application of intelligent integrated temperature sensor,” Mechanical Industry Publishing House, 2002.[4] CAO Shujuan, HE Yinyong, GUO Sanming, Online temperature173。 measuring system involving coal mine, Journal of Heilongjiang Institute of Science amp。 Technology,7(2005)[5] SUN Xiaoqing, XIAO Xingming, WANG Peng, “Design of Measuring System for Rotating Speed of Hoist Based on Virtual Instrument,” Coal Mine Machinery, 12(2005
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