【導(dǎo)讀】DS18B20作為溫度采集，以繼電器作為加熱控制的開關(guān)器件，設(shè)計制作了帶鍵盤輸入控制，動態(tài)顯示的恒溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以對當(dāng)前溫度進行實時顯示，又可以對溫度進行控制，控制鍵盤設(shè)計使設(shè)置溫度簡單快捷，兩位整數(shù)一位小數(shù)的顯示。方式具有更高的顯示精度。建立在模糊控制理論上的控制算法，使控制精度完全能滿足一般。的電子產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。通過對系統(tǒng)軟件和硬件的合理規(guī)劃，發(fā)揮單片機自身集成多系統(tǒng)功。能單元的優(yōu)勢，在不減少功能的前提下有效降低了成本，系統(tǒng)操作簡便。對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。計的控制器價格低廉并且具有很好的溫度控制和調(diào)節(jié)能力。對于溫度的檢測通常是采用熱敏電阻在。樣精度不高，會使這個系統(tǒng)準(zhǔn)確性下降。對高的數(shù)字式溫度傳感元件DS18B20作為溫度采集器。度，按照已經(jīng)編程固化的模糊控制算法計算出實時控制量。以此控制量控制場效應(yīng)管開通和。復(fù)雜，不利于我們的設(shè)計。由于數(shù)字調(diào)節(jié)和運算量大，相反對于AT89C52單

　　

【正文】 ●測 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177?！? ●零待機功耗 ●溫度以 9 或 12 位數(shù)字量讀出； ●用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 ●報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件 ●負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 DS18B20 采用 3 腳 PR－ 35 封裝或８腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 3所示 圖 3 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 64 b 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下 ： 開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。主機操作 ROM 的命令有五種，如表 1 所列 表 1 主機操作 ROM 的命令 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的 可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。 圖 4 高速暫存 RAM 結(jié)構(gòu)圖 前 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。 溫度低位LSB 溫度高位 MSB TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換 。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 1，指 令 說 明 讀 ROM（ 33H） 讀 DS1820的序列號 匹配 ROM（ 55H） 繼讀完 64位序列號的一個命令，用于多個 DS1820時定位 跳過 ROM（ CCH） 此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有 DS1820 搜 ROM（ F0H） 識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準(zhǔn)備 報警搜索（ ECH） 僅溫度越限的器件對此命令做出響應(yīng) 2 字節(jié)。單片 機 可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 5 ℃ /LSB 形式表示。溫度值格式如下： 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度 。圖中， S表示位。 對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0 時， 表示測得的溫度植為正值， 直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng) S=1 時， 表示測得的溫度植為負(fù)值， 先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H，+℃ 的數(shù)字輸出為 0191H， ℃ 的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H。 DS18B20 溫度傳感器主要用于對溫度進行測量，數(shù)據(jù)可用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，并以 ℃ ／ LSB 形式表示 。 表 2 是 部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度表示數(shù)據(jù)。 表 2 部分溫度值 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容 作比較，若TTH或 TTL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機 發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行告警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）。主機根據(jù) ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù) 據(jù)是否正確。 3） DS18B20 測溫原理 DS18B20 的測溫原理如圖 5 所示，圖中低溫度系數(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，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)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(yīng)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(yù)置在 55 ℃所對應(yīng)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(dāng)減法計數(shù)器 1 的預(yù)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(yù)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)值即為所測溫圖 2 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，于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計 數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就 是 DS18B20的測溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 在正常測溫情況下， DS1820 的測溫分辨力為 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用 DS1820 提供的讀暫存器指令（ BEH）讀出以 ℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切 去測量結(jié)果中的最低有效位（ LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分 Tz，然后再用 BEH 指令取計數(shù)器 1的計數(shù)剩余值 Cs 和每度計數(shù)值 CD。考慮到 DS1820 測量溫度的整數(shù)部分以℃、 ℃為進位界限的關(guān)系，實際溫度 Ts 可用下式計算： Ts=（ ℃） +(CDCs)/CD 圖 5 DS18B20 測溫原理圖 鍵盤接口電路的設(shè)計 顯示接口電路的設(shè)計 顯示電路采用 字符型液晶顯示模塊 ，它 是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號 等點陣式 的 LCD[2]， 本設(shè)計采用的是 SMC1602A LCM,其顯示容量 16 2個字符。 模塊電路如下圖 36： 圖 36 顯示接口電路的設(shè)計 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符， 圖 37是 1602的內(nèi)部顯示地址。 圖 37 1602 的內(nèi)部顯示地址 加熱控制電路的設(shè)計 用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控對象實施控制，被控對象為加熱片，采用對加在電熱片兩端的電壓進行通斷的方法進行控制，以實現(xiàn)對水是否加熱的調(diào)整，從而達到對水溫控制的目的。對加熱片通斷的控制采用 MOSFET管控制 ，它的使用非常簡單，只要在控制端 TTL 電平，即可實現(xiàn)對 MOS 管的開關(guān)，使用時完全可以用 電阻接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動。當(dāng)單片機的 為高電平時，電阻驅(qū)動 MOS 管導(dǎo)通，接通加熱片工作，當(dāng)單片 機的 為低電平時 MOS 管不導(dǎo)通關(guān)斷，加熱片停止工作?？刂齐娐穲D如下圖 38： 圖 38 加熱控制電路 電源及報警指示電路的設(shè)計 在本系統(tǒng)中我設(shè)計了越線報警裝置，控制目標(biāo)溫度范圍 。 當(dāng)設(shè)定的目標(biāo)溫度線達到時，需用聲音的形式提醒使用者，此時報警器開始發(fā)出報警聲。在本系統(tǒng)中，當(dāng)溫度低于設(shè)置的最低目標(biāo)溫度 或高于設(shè)置的最高目標(biāo)溫度 時報警器為連續(xù)不斷的滴答滴答叫聲。當(dāng)單片機 輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，報警器工作發(fā)出報警聲。 為低電平時三極管關(guān)斷，報警器不工作。 當(dāng)溫度低于設(shè)置的最低溫度時， 溫度傳感器檢測到實時溫度，發(fā)送信息給單片機， 低電平有效， D4 為加熱片加熱指示燈；同理，當(dāng)溫度加熱到高于設(shè)置的最高溫度時， 低電平有效， D5 為降溫指示燈。 D1 為檢測到電源和液晶顯示器共同的顯示燈，高電平有效；D6 為檢測到 DS18B20 的指示燈，低電平有效；指示燈電路如下圖 39 所示： 圖 39 電源指示燈和報警指示燈電路 總電路的設(shè)計 恒溫控制的總電路圖如圖 310： 圖 310 總電路圖的設(shè)計 4 軟 件系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實現(xiàn)模塊和運算控制器模塊。 主程序模塊 主程序主要完成加熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和實現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實際測量中各個功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷申請時，單片機通過循環(huán)對外部溫度進行實時顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷 0，以便能對數(shù)字按鍵進行相應(yīng)處理。主程序流程圖如下圖 41：