【正文】 式提供，以 ℃ /LSB形式表達(dá)，其中 S 為符號位。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。圖 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。計(jì)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。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器 1。 對于 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當(dāng)要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確采樣 IO 總線上的 “ 0” 電平，當(dāng)要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。 單總線的實(shí)現(xiàn) （ 1） DS18B20 的復(fù)位時序 圖 DS18B20的復(fù)位時序 DS18B20 的讀時序?qū)τ?DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 既可以用 在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 圖 DS18B20 引腳（底視圖） 表 DS18B20詳細(xì)引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 （ 6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 C 之間。 （ 4）、測量溫度范圍在－ 55。 （ 2）、在 DS18B20 中的每個器件上都有獨(dú)一無二的序列號。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線 上 可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方 VII 便。 綜合比較方案二與方案三，方案三更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對于溫度傳感器的選擇。 工作電源 : 3~5V/DC。 具有 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 方案三 :采用 DS18B20。 AD590 的測量信號可遠(yuǎn)傳百余米。它只需直流電源就能工作，而且，無需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，接口也很簡單。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會損壞。M 檔在測溫范圍內(nèi)非線形誤差為177。 方案二：采用 AD590。 銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性 介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。（ ℃+ |t|）， B 級為177。缺點(diǎn)是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。其主要的特點(diǎn)為精度高 、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。 熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。 基本功能 檢測溫度 測溫點(diǎn)免維護(hù)自由增減 過限指示 與計(jì)算機(jī)通訊 主要技術(shù)參數(shù) 溫度檢測范圍 ： 40℃ +60℃ 測量精度： ? ℃ 報(bào)警方式：閃動的 LED 指示燈 通訊方式： RS232 9600， N,8,1 V 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是以 STC89C52為基本系統(tǒng)核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測、過限指示、通訊接口、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)過程及工藝要求 根據(jù)實(shí)際的需求，我們提出了測溫組件的基本功能，需要說明的是，在這里你看不到傳統(tǒng)的溫度顯示功能，因?yàn)閷?shí)際上工作人員根本不可能到現(xiàn)場去記錄溫度的顯示。并生成動態(tài)畫面、報(bào)表、報(bào)警、曲線等數(shù)據(jù)管理功能。 現(xiàn)場控制站 現(xiàn)場控制站可用西門子 PLC 控制現(xiàn)場輸送機(jī)、提升機(jī)、電動閘門、通風(fēng)機(jī)的啟動運(yùn)行，以及報(bào)警等功能的反饋信號，實(shí)現(xiàn)自動化控制。 因此現(xiàn)在的監(jiān)控系統(tǒng)都是由計(jì)算機(jī)監(jiān)控， 采用專用組態(tài)軟件、單 片機(jī)及數(shù)字傳感器組成 的，具 有 5001000 個測溫點(diǎn)的， 網(wǎng)絡(luò) 化的 數(shù)字式溫度 檢測的系統(tǒng)。 在我們的印象中，溫度的測量不外乎由傳感器、放大器、數(shù)碼顯示、報(bào)警器等單元組成。 為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度的監(jiān)測工作，因?yàn)闇囟鹊纳?，就意味著糧庫內(nèi)的有氧呼吸的加強(qiáng)，就意味著馬上就要發(fā)生腐爛霉變。 關(guān)鍵詞 ： DS18B20 ；單片機(jī) MCU； 串行傳輸 Serial Data Transfer；單總線 1wire interface 第 1 章 緒 論 選題背景 防潮、防霉、防腐、防爆是糧庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量糧庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。 另外，本系統(tǒng)的濕度檢測沒有完成。 I II 本設(shè)計(jì)使用 STC89C52 單片機(jī)作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動 1Wire 總線 ,利用 1Wire 總線協(xié)議 ,實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度和濕度的精確測量 。利用 STC89C52 單片機(jī)本身強(qiáng)大的功能和內(nèi)部 RAM 資源 ，可以很方便的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，并能利用軟件方便的 邏輯判斷實(shí)現(xiàn)了 1Wire 總線的 ROM 搜索 ,實(shí)現(xiàn)了測溫器件 18B20 的枚舉 ，實(shí)現(xiàn)了無人干預(yù)的測溫點(diǎn)的動態(tài)裁剪， 所以本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用性。 本文從 1Wire 總線的原 理入手，詳細(xì)闡述了 1Wire 總線的 ROM 搜索 過程，以及硬件電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算和軟件的算法。它直接影響到儲備物資的壽命和工作可靠性。因此我們需要一種造 價低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫度測量儀。但是通過實(shí)際的考察，現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)根本不是這個樣子：由于糧食要定期的通過熏蒸來除蟲、防鼠，熏蒸藥劑具有高毒性，高腐蝕性，人員根本不能隨意接觸到倉內(nèi)設(shè)備，更不要說通過數(shù)碼管的 III 顯示和報(bào)警器來及時發(fā)現(xiàn)溫度的異常變化，同時出于防爆的要求，在倉庫內(nèi)部的系統(tǒng)，是完全密封的，并被充入低氧高氮的氣體，平時人員根本不能及時進(jìn)入。 下圖展示了一種可能的結(jié)構(gòu) 圖 現(xiàn)場采集站 通過一線牽采集模塊，對糧倉的溫度進(jìn)行測量采集，每個糧倉約有200 點(diǎn)模擬量輸入（溫度）并根據(jù)糧食的情況對現(xiàn)場進(jìn)行濕度檢測。 上位機(jī) 上位機(jī)運(yùn)行組態(tài)通用工業(yè)過程監(jiān)控軟件，對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、 IV 并對倉庫溫濕度進(jìn)行巡回檢測。 這就要求我們必須設(shè)計(jì)一種高可靠，高一致性，基本免維護(hù)，可自由增減測溫點(diǎn)，并具有和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)的能力的測溫組件。同時增加了組件的測溫點(diǎn)免維護(hù)自由增減功能，以適應(yīng)系統(tǒng)的規(guī)模的自由裁剪。 圖 系統(tǒng)總體框圖 溫度傳感器的選擇 方案一：采用熱電阻溫度傳感器?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。 鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)測溫范圍 200～ 650℃，百度電阻比 W（ 100）= 時， R0 為 100Ω和 10Ω，其允許的測量誤差 A 級為177。（ ℃ + |t|）。在工業(yè)中用于 50～ 180℃測 VI 溫。 采用 AD590，它的測溫范圍在 55℃～ +150℃之間，而且精度高。 ℃。使用可靠。作為電流輸出型傳感器的一個特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè) 計(jì)系統(tǒng)對于溫度傳感器的選擇。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 ， 測溫范圍 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫 。 在使用中不需要任何外圍元件 ； 測量結(jié)果以9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 。 信號采集 DS18B20 基本知識 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。 DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) （ 1）、只要求一個端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 （ 3）、實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。 C 到＋ 125。 （ 5）、數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 DS18B20 的引腳介紹 TO－ 92 封裝的 DS18B20 引 腳排列見圖 ，其引腳功能描述見表。開漏單總線接口引腳。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。 VIII 信號分析與處理 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 STC89C52 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器 件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 IX DS18B20 的讀時序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 圖 DS18B20 的讀時序 （ 2） DS18B20 的寫時序 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程。 圖 DS18B20 的寫時序 DS18B20 的使用 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) X 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 測溫原理如圖 所示。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)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)值即為所測溫度。 XI 圖 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 有 4 個主要的數(shù)據(jù)部件： （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。光刻ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 XII 圖 DS18B20 溫度值格式 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(jìn)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(shí)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(shí)際溫度。 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個字節(jié)。對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號位 S=0 時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。 XIV圖 DS18B20 暫存存儲器分布 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位操作，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 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 ROM、RAM 指令如下圖所示： XV 圖 ROM、 RAM指令表 DS18B20 的應(yīng)用電路 DS18B20 測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。 XVI獨(dú)特的寄生電源方式有三個好處： 1）進(jìn) 行遠(yuǎn)距離測溫時，無需本地電源 。 3）電路更加簡潔，僅用一根 I/O 口實(shí)現(xiàn)測溫 。 因此，圖 9 電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。 在制作中 曾經(jīng)就此電路做過實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，降低電源電壓 VCC，當(dāng)?shù)陀? 時，測出的溫度值比實(shí)際的溫度高，誤差較大。 圖 DS18B20 寄生電源供電方式電路圖