【正文】 轉(zhuǎn)換)，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象的識(shí)別和處理。本系統(tǒng)中基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的電壓不僅提供給鉑電阻采樣電路而且還提供給A/D轉(zhuǎn)換電路使用。LM399H是內(nèi)置恒溫槽高精度基準(zhǔn)電壓源。本系統(tǒng)采用精密基準(zhǔn)電壓源LM399H產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，圖中參考電壓VREF即來(lái)自LM399H。該電路將溫控箱的溫度轉(zhuǎn)化為電壓輸出。本系統(tǒng)采用的是恒流四線制接法對(duì)Pt100鉑電阻進(jìn)行采樣。鉑電阻測(cè)溫電路的工作方式一般分為恒壓方式和恒流方式兩種。但是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器也存在價(jià)格昂貴，維護(hù)起來(lái)較為困難等缺點(diǎn)。鉑電阻溫度傳感器主要有兩種類型：標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器和工業(yè)鉑電阻溫度傳感器。這些特點(diǎn)使得鉑電阻溫度傳感器具有信號(hào)強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好的特點(diǎn)。Pt100型鉑電阻，在200℃到850℃范圍內(nèi)是精度最高的溫度傳感器之一。 Pt100溫度傳感器溫度傳感器的種類比較繁雜，各種不同的溫度傳感器由于其構(gòu)成材料、構(gòu)成方式及測(cè)溫原理的不同，使得其測(cè)量溫度的范圍、測(cè)量精度也各不相同。由于此時(shí)的電量(電壓)還是單片機(jī)所不能識(shí)別的模擬量，所以還需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，即將模擬的電量轉(zhuǎn)化成與之對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，提供給單片機(jī)判斷和控制。圖3—7為AT89C2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。它采用ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。它具有如下的一些特性：★指令和89C51產(chǎn)品兼容 ★內(nèi)含2K字節(jié)可重復(fù)編程快閃存儲(chǔ)器★耐久性1,000寫/擦除周期 ★~6V的工作電壓范圍★全靜態(tài)操作0Hz~24MHz ★二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖★內(nèi)含128*8位內(nèi)部RAM ★15根可編程I/0引線★2個(gè)16位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 ★6個(gè)中斷源★帶有可編程串行通訊口 ★可直接驅(qū)動(dòng)LED輸出★片內(nèi)模擬電壓比較器 ★低功耗空載和掉電方式另外,該單片機(jī)還具有體積小,價(jià)格低等特點(diǎn)。4)低電壓，低功耗。2)集成度高、體積小、可靠性高?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。圖3—6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。計(jì)數(shù)門的開啟時(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。 DS18B20的內(nèi)部測(cè)溫電路原理圖圖中低溫度系數(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)晶振的振蕩頻率隨溫度變化而明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。例如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，必須經(jīng)歷三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。DS18B20有六條控制命令，如表3—5所示：CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化,再進(jìn)行ROM操作命令,最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作和對(duì)數(shù)據(jù)操作。一種是將DS18B20的UDD接外部電源，GND接地，其I/0與單片機(jī)的I/0線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) DSI8B20的UDD、GND接地，其I/0接單片機(jī)I/0。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。(11)內(nèi)含64位激光修正的只讀存儲(chǔ)ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號(hào)和8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)之后，產(chǎn)品序號(hào)占48位。(9)DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù)DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀。(7)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。(5)通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9—12位的數(shù)字讀數(shù)方式。℃。(3)可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍：+—+。 DS18B20的性能特點(diǎn)(1)采用DALLAS公司獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DSI8B20的雙向通訊。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來(lái)了更方便和更令人滿意的效果?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。同時(shí)其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。 DS18B20的介紹DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS18B20之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)和可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM5AD22105和MAX6509。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。 收、發(fā)控制和入口示意圖 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) ①測(cè)量范圍：55℃— +125℃，②測(cè)量精度：℃，③反應(yīng)時(shí)間≤500ms。單總線芯片入口示意圖如圖3—4所示。為防止處在開路狀態(tài)易受靜電等干擾侵入，通常在單總線線路的末端都接上DS9502之類防靜電保護(hù)電路。三種封裝形式：TO—92三腳塑封；SOT—223四腳平面封裝和C—Lead六腳表面安裝封裝。不用外接電源?？刂菩盘?hào)輸出端PIO引腳吸收能力大于4mA/。由單總線上的數(shù)據(jù)作為開關(guān)信號(hào)，控制漏極開路輸出端的通斷狀態(tài)。適用于單總線協(xié)議。當(dāng)單片機(jī)發(fā)現(xiàn)溫度傳感器 DS18B20采集到大棚內(nèi)的實(shí)際溫度超過(guò)溫度限制時(shí)，便讓控制開關(guān)DS2405去開啟聲光報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)開啟空調(diào)機(jī)工作。溫室控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用開關(guān)量控制，本系統(tǒng)選用了可尋址的單總線控制開關(guān)DS2405，由它送出1位。當(dāng)采集的溫度值低于下限報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)又發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起動(dòng)制熱設(shè)備，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，使制熱設(shè)備停止工作，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。該溫度測(cè)控系統(tǒng)的工作原理就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程和單片機(jī)編程，使智能溫度傳感器DS18B20正常工作，去檢測(cè)大棚內(nèi)實(shí)際的溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當(dāng)時(shí)的溫度值。本系統(tǒng)通過(guò)單總線可以掛接很多個(gè)智能溫度傳感器DS18B20，用于溫室大棚內(nèi)不同地方的溫度測(cè)量和控制。PC機(jī)作上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，控制器選用Max705組成上電復(fù)位和看門狗電路。整個(gè)系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)為主機(jī)，其他設(shè)備為從設(shè)備。計(jì)算機(jī)主要是進(jìn)行編程，對(duì)溫度進(jìn)行顯示、報(bào)警和控制等。因此，RS485可用于距離 1200m，速度為100kb/s的高速通訊。因此，RS232方式的通訊，一般應(yīng)用于速度低于20kb/s，距離20m以內(nèi)的條件下，不適合于高速、遠(yuǎn)距離通訊。串口通信的作用是把單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)里，起到傳輸數(shù)據(jù)的作用。單片機(jī)主要是對(duì)溫度傳感器DS18B20進(jìn)行編程，讀取溫度傳感器的溫度值，并把溫度值通過(guò)串口通信送入計(jì)算機(jī)。用戶還可自設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值，并可用報(bào)警搜索命令識(shí)別溫度超限的DS18B20。傳感器和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都被集成在一起，每個(gè)DS18B20都具有唯一的64位序列號(hào)。由于智能溫度傳感器DS18B20既能對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，又能設(shè)定所需要控制的溫度，并對(duì)溫度值能夠把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，所以本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中選用智能溫度傳感器DS18B20。系統(tǒng)硬件電路由溫度傳感器、單片機(jī)、RS—485串口通信和計(jì)算機(jī)組成。3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成及測(cè)量原理由于系統(tǒng)要對(duì)大棚內(nèi)部的溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，因此采用單片機(jī)對(duì)單總線系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)控是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方案，其硬件連接非常簡(jiǎn)單，可用單片機(jī)并口PPP3中的任一位端口與單總線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，而且還可通過(guò)RS232/485轉(zhuǎn)換器串行口使單片機(jī)與上位計(jì)算機(jī)(PC機(jī))連接，以便在WINDOWS平臺(tái)上進(jìn)行高級(jí)的軟件管理。為防止模擬傳感器數(shù)據(jù)采集的失真，采用了線形插值算法。和模擬的濕度傳感器HS1101完成；當(dāng)采集數(shù)據(jù)超出預(yù)警值時(shí)，有語(yǔ)音報(bào)警芯片ISD256o實(shí)時(shí)報(bào)警，然后進(jìn)行相應(yīng)處理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以在計(jì)算機(jī)完成，在計(jì)算機(jī)不工作時(shí)還設(shè)置了輔助的多媒體卡MMC存儲(chǔ)；由數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示接收的數(shù)值；數(shù)據(jù)處理主要是上位機(jī)完成的數(shù)據(jù)曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)打印等功能。 硬件結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)以單片機(jī)Atme189S51為核心，