【導(dǎo)讀】DS18B20作為溫度采集，以繼電器作為加熱控制的開(kāi)關(guān)器件，設(shè)計(jì)制作了帶鍵盤(pán)輸入控制，動(dòng)態(tài)顯示的恒溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，又可以對(duì)溫度進(jìn)行控制，控制鍵盤(pán)設(shè)計(jì)使設(shè)置溫度簡(jiǎn)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(guò)對(duì)系統(tǒng)軟件和硬件的合理規(guī)劃，發(fā)揮單片機(jī)自身集成多系統(tǒng)功。能單元的優(yōu)勢(shì)，在不減少功能的前提下有效降低了成本，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便。對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。計(jì)的控制器價(jià)格低廉并且具有很好的溫度控制和調(diào)節(jié)能力。對(duì)于溫度的檢測(cè)通常是采用熱敏電阻在。樣精度不高，會(huì)使這個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性下降。對(duì)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(jì)算出實(shí)時(shí)控制量。以此控制量控制場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)通和。復(fù)雜，不利于我們的設(shè)計(jì)。由于數(shù)字調(diào)節(jié)和運(yùn)算量大，相反對(duì)于AT89C52單

　　

【正文】 ●測(cè) 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177?！? ●零待機(jī)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(bào)警設(shè)置 ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件 ●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)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(kāi)始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入戶報(bào)警上下限。主機(jī)操作 ROM 的命令有五種，如表 1 所列 表 1 主機(jī)操作 ROM 的命令 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)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(chǔ)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(gè)字節(jié)包含測(cè)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(shí)被刷新。第 5 個(gè)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(shí)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(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1，指 令 說(shuō) 明 讀 ROM（ 33H） 讀 DS1820的序列號(hào) 匹配 ROM（ 55H） 繼讀完 64位序列號(hào)的一個(gè)命令，用于多個(gè) DS1820時(shí)定位 跳過(guò) ROM（ CCH） 此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對(duì)在線的所有 DS1820 搜 ROM（ F0H） 識(shí)別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準(zhǔn)備 報(bào)警搜索（ ECH） 僅溫度越限的器件對(duì)此命令做出響應(yīng) 2 字節(jié)。單片 機(jī) 可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)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(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度 。圖中， S表示位。 對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)， 表示測(cè)得的溫度植為正值， 直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)， 表示測(cè)得的溫度植為負(fù)值， 先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)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(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)可用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，并以 ℃ ／ LSB 形式表示 。 表 2 是 部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)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(cè)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(duì)主機(jī) 發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù) 據(jù)是否正確。 3） DS18B20 測(cè)溫原理 DS18B20 的測(cè)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(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量 .計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首 先將 55 ℃ 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入 ,減法計(jì)數(shù)器 1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ,如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫圖 2 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì) 數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就 是 DS18B20的測(cè)溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)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(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 在正常測(cè)溫情況下， DS1820 的測(cè)溫分辨力為 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測(cè)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(cè)量結(jié)果，然后切 去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位（ LSB），得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分 Tz，然后再用 BEH 指令取計(jì)數(shù)器 1的計(jì)數(shù)剩余值 Cs 和每度計(jì)數(shù)值 CD?？紤]到 DS1820 測(cè)量溫度的整數(shù)部分以℃、 ℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度 Ts 可用下式計(jì)算： Ts=（ ℃） +(CDCs)/CD 圖 5 DS18B20 測(cè)溫原理圖 鍵盤(pán)接口電路的設(shè)計(jì) 顯示接口電路的設(shè)計(jì) 顯示電路采用 字符型液晶顯示模塊 ，它 是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào) 等點(diǎn)陣式 的 LCD[2]， 本設(shè)計(jì)采用的是 SMC1602A LCM,其顯示容量 16 2個(gè)字符。 模塊電路如下圖 36： 圖 36 顯示接口電路的設(shè)計(jì) 液晶顯示模塊是一個(gè)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(shí)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(jì) 用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，被控對(duì)象為加熱片，采用對(duì)加在電熱片兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水是否加熱的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。對(duì)加熱片通斷的控制采用 MOSFET管控制 ，它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制端 TTL 電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì) MOS 管的開(kāi)關(guān)，使用時(shí)完全可以用 電阻接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)的 為高電平時(shí)，電阻驅(qū)動(dòng) MOS 管導(dǎo)通，接通加熱片工作，當(dāng)單片 機(jī)的 為低電平時(shí) MOS 管不導(dǎo)通關(guān)斷，加熱片停止工作。控制電路圖如下圖 38： 圖 38 加熱控制電路 電源及報(bào)警指示電路的設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中我設(shè)計(jì)了越線報(bào)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(dá)到時(shí)，需用聲音的形式提醒使用者，此時(shí)報(bào)警器開(kāi)始發(fā)出報(bào)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(shí)報(bào)警器為連續(xù)不斷的滴答滴答叫聲。當(dāng)單片機(jī) 輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，報(bào)警器工作發(fā)出報(bào)警聲。 為低電平時(shí)三極管關(guān)斷，報(bào)警器不工作。 當(dāng)溫度低于設(shè)置的最低溫度時(shí)， 溫度傳感器檢測(cè)到實(shí)時(shí)溫度，發(fā)送信息給單片機(jī)， 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(shí)， 低電平有效， D5 為降溫指示燈。 D1 為檢測(cè)到電源和液晶顯示器共同的顯示燈，高電平有效；D6 為檢測(cè)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(bào)警指示燈電路 總電路的設(shè)計(jì) 恒溫控制的總電路圖如圖 310： 圖 310 總電路圖的設(shè)計(jì) 4 軟 件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)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(shí)現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實(shí)際測(cè)量中各個(gè)功能模塊的協(xié)調(diào)在無(wú)外部中斷申請(qǐng)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)循環(huán)對(duì)外部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷 0，以便能對(duì)數(shù)字按鍵進(jìn)行相應(yīng)處理。主程序流程圖如下圖 41：