【正文】 、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等 特點(diǎn) ，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)， 且 外圍電路簡單。 二是 模擬集成溫度控制器。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器 (例如 TC652/653)中還包含了 A/D 轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似 之處。 三是 智能溫度傳感器。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨 機(jī)存取存儲器 (RAM)和只讀存儲器 (ROM)。 溫度傳感器的發(fā)展趨勢 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，溫度傳 感器正朝著高精度、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、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。對于單點(diǎn)溫測儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測量精度高，測量范圍大，而得到了普遍的應(yīng)用。自帶 LED 顯示模塊，顯示 4 位到 16 位不等。該類儀表可很好的滿足單個用戶單點(diǎn)測量的需要。 針對目前市場的現(xiàn)狀，本 設(shè)計 提出了一種可滿足要求、可擴(kuò)展的并且性價比高的單片機(jī)多路測溫系統(tǒng)。目前溫度傳感器有模擬和數(shù)字兩類傳感器兩種，為克服模擬傳感器與微處理器接口時所需的信號調(diào)理電路或A／ D轉(zhuǎn)換器的 缺點(diǎn)，多點(diǎn)檢測溫度控制系統(tǒng)多采用智能數(shù)字溫度傳感器，是系統(tǒng)的設(shè)計更加方便。 在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計中，往往采用模擬技術(shù)，這樣就不可避免地遇到引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測量中的切換誤差和信號調(diào)整電路的誤差等問題；而其中某一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就會導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。美國 Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，具有獨(dú)特的單總線接口，僅需占用一個通用 I/0端口即可完成與微處理器間的通信；在 10～ +85℃ 溫度范圍內(nèi)具有內(nèi)部電源探測位 和單線端口位產(chǎn)生器暫存器 下限觸發(fā)上限觸發(fā) 溫度傳感器存儲器和控制邏輯0． 5℃ 精度；用戶可編程設(shè)定 9～ 12位的分辨率。 設(shè)計的任務(wù) 目標(biāo) 本設(shè)計主要是實現(xiàn)對溫度進(jìn)行多點(diǎn)同時測量并準(zhǔn)確顯示。 利用一個單片機(jī)設(shè)計一個能夠?qū)Χ帱c(diǎn)溫度同時進(jìn)行測量的溫度檢測系統(tǒng)。 7 第二章 方案選擇 引言 溫度測量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。 方案設(shè)計 本系統(tǒng)主要由三個模塊組成：控制模塊、溫度采集模塊、顯示模塊。 單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測場合。 溫 度采集模塊 這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器， 它可將溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)了與單片機(jī)的直接接口，從而省去了信號調(diào)理和 A/D 轉(zhuǎn)換等復(fù)雜模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路。它具有集成度高、模擬輸入數(shù)字輸出、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)測溫誤差小等特點(diǎn)。 圖（ a） PR35 封裝 圖 （ b） SOSI 封裝 圖 2－ 1 DS18B20 的兩種封裝 8 溫度顯示模塊 本課程設(shè)計的顯示模塊采用 3 位共陰極 LED 數(shù)碼管顯示溫度數(shù)據(jù)，兩位整數(shù)，一位小數(shù)進(jìn)行顯示， 從 P0 口送數(shù)， P2 口掃描 。還有按鍵設(shè)置報警溫度值和加熱降溫電路。整個系統(tǒng)由單片機(jī)控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應(yīng)的溫度傳感器，并由驅(qū)動電路驅(qū)動溫度顯示。 由于單片機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 溫度傳感器 溫度傳感器選用細(xì)則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的 問 題。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決單 片 機(jī) 多路 DS18B20 傳感器 LED 顯示 聲光報警器 加熱繼電器和風(fēng)扇繼電器 按鍵設(shè)置溫度 9 于傳感器的選用是否合理。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價格能否承受，還是自行研制。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的串?dāng)_信號 （ 3） 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有 — 定延遲，希望延遲時間越短越好。 （ 4） 線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。 （ 5） 穩(wěn)定性 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感 器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 （ 6） 精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。 溫度傳感器簡介 溫度的測量是從金屬 (物質(zhì) )的熱脹冷縮開始?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù) (如電阻值，熱電勢等 )的變化的原理。 （ 1) 智能溫度傳感器 DS18B20 的性能特點(diǎn)： 1) 獨(dú)特的單總線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信 ,可以是串行口也可以是其他I/O 口，無須變換，直接輸出被測溫度值（ 9 位二進(jìn)制，含符號位）。 （ 2） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 1) 64 位光刻 ROM。 開始 8 位是產(chǎn)品 序列號代表產(chǎn)品的序列 ，接著 48 位 產(chǎn)品序號代表同一系列產(chǎn)品的不同產(chǎn)品 ，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼， 所以不同的器件的地址序列號各不一樣 這也是多個 DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因 （ 8 位 CRC 編碼的計算公式為 CRC=X+X+X+1）。主機(jī)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(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確?？?通過軟件程序?qū)懭朐O(shè)定用戶所要求的報警上下限溫度值。 可以設(shè)置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精度。 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 E2PRAM。 DS18B20 有兩種供電方式。 DS18B20 寄生電源由兩個二極管和寄生電容構(gòu)成。寄生電源供電時，電源端與接地端并聯(lián)接地，器件從總線上獲取電源。 采用寄生電源有兩個優(yōu)點(diǎn)：一是檢測遠(yuǎn)程溫度是無需本地電源；二是缺少正常電源時也能讀 ROM。 UDD I/O I/O GND UDD GND 圖 (a)使用外部電源供電 圖 （ b）使用寄生電源供電 圖 32 DS18B20 與微處理器的硬件連接方式 由表 33 可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB 形式表示。 表 24 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀 ROM(33H)命令將該 DSl8B20 的序列號讀出。 DS18B20 的測溫原理如圖 33 所示 。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。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， 提高測量準(zhǔn)確制度。 14 圖 33 DS18B20的測溫原理 圖 DS18B20 與微處理器的接口技術(shù) 1. DS18B20 與單片機(jī)的鏈接有兩種方法，如圖 32 所示：一種是 VDD 接外部電源， GND接地， I/O 與單片機(jī)的任一條 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 VDD、GND 并聯(lián)接地， I/O 接單片機(jī)的任一條 I/O。本設(shè)計采用寄生電源供電模式， I/O 口接 5KΩ左右的