【正文】 或存儲等技術(shù)的新型溫度計(jì)已經(jīng)實(shí)用化。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下 3 個階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換；模擬集成溫度傳感器/控制器；智能溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器：集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。智能溫度傳感器：智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問世的。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能，即智能化取決于軟件的開發(fā)水平。數(shù)字溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測溫計(jì)、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，數(shù)字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。目前，國外已相繼推出多種高速度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是 9～12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá) ～℃ 。例如，DS1629 型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡便。總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化：目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1Wire) 總線、 I2C 總線、SMBus 總線和 spI 總線。可靠性及安全性設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的 A/D 轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。Σ－ Δ式 A／ D 轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低，由于采用了陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 3數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。水電站的建成，在進(jìn)行大壩安全監(jiān)測時，溫度是一個最基本的參數(shù)。大壩水平方向和垂直方向的位移以及壩間的離合度，都是大壩安全監(jiān)測的重要內(nèi)容。測量壩間離合度的裝置安裝在一根長管子上，由于溫度變化，管子也會發(fā)生形變，直接影響到離合度的測量。大壩環(huán)境惡劣，而數(shù)字單總線溫度傳感器集溫度測量、A／D 轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)、數(shù)字輸出、精度較高、直接與微機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)，是目前最新的測溫器件。以單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為溫度敏感元件的儲糧溫檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)以PIII300PC 機(jī)為主機(jī)，以 89C51 單片機(jī)為檢測分機(jī)，數(shù)字傳感器直接與分機(jī)連接，分機(jī)與主機(jī)通過 RS485 總線網(wǎng)進(jìn)行通信，所有的操作通過主機(jī)的菜單命令進(jìn)行?；趩尉€數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的儲糧溫度自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)場安裝調(diào)試方便，成本低，系統(tǒng)可靠性高，易于增減傳感器的數(shù)量。 本課題研究內(nèi)容及方案本文采用 89C51 單片機(jī)作為控制器，采用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行單線多點(diǎn)溫度檢測，用 1602 液晶顯示器顯示溫度，記錄并處理數(shù)據(jù)，實(shí)時時鐘顯示，報(bào)警電路的實(shí)現(xiàn)。 軟件設(shè)計(jì) （1）主程序：主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理傳感器測量的當(dāng)前溫度值重復(fù)的溫度測量； （2）讀出溫度子程序：主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時需進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫； （3）溫度轉(zhuǎn)換命令子程序：溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令； （4）計(jì)算溫度子程序：計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM 中讀出，取值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算并進(jìn)行溫值正負(fù)的判定； （5）顯示數(shù)據(jù)刷新子程序：顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高位顯示為 0 時將符號顯示位移入下一位；（6）時鐘顯示程序：顯示出當(dāng)前時間，并可進(jìn)行調(diào)整。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中加入時鐘芯片 DS1302 以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可以利用 AT24C16 芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，利用鍵盤來進(jìn)行調(diào)時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過 MAX232 芯片與計(jì)算機(jī)的 RS232 接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中加入時鐘芯片 DS1302 以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可以利用 AT24C16 芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，利用鍵盤來進(jìn)行調(diào)時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過 MAX232 芯片與計(jì)算機(jī)的 RS232 接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。如是市面上出現(xiàn)了各式各樣的但均以 51 為內(nèi)核的單片機(jī)，倒是 Intel 公司自己的單片機(jī)卻顯得遜色了。陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 6時鐘電路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個定時個 / 計(jì)數(shù)器 2C P U總線控制中斷系統(tǒng)5 個中斷源2 個優(yōu)先級串行口全雙工 1 個4 個并行口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0 P 1 P 2P 3V s sV c c89C51 有 40 個引腳，4 個 8 位并行 I/O 口，1 個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含 5 個中斷源，2 個優(yōu)先級，2 個 16 位定時/計(jì)數(shù)器。89C51 單片機(jī)的基本組成框圖見圖 21圖 21 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)由圖 21 可見，8051 單片機(jī)主要由以下幾部分組成：（1） CPU 系統(tǒng)：8 位 CPU，含布爾處理器；時鐘電路；總線控制邏輯。（3） I/O 口和其他功能單元：4 個并行 I/O 口；2 個 16 位定時計(jì)數(shù)器；1 個全雙工異步串行口；中斷系統(tǒng)（5 個 中斷源，2 個優(yōu)先級） 。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。（2） 輸入/輸出端口 P0/P1/P2/P3：P0 口(～ ，39~32 腳) ：P0 口是一個漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器( 地址 80H)寫入全 1,此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。在 CPU 訪問片外存儲器時，P0 口分時提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。P1 口(～ ，1~8 腳)：P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。在 P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向 P1 口鎖存地址(90H )寫入全 1,此時 P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。P 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。P3 口(～ ，10~17 腳) ：P3 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。P3 口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：：(RXD)串行數(shù)據(jù)接收。：(INT0) 外部中斷 0 輸入。：(T0) 定時/計(jì)數(shù)器 0 的外部計(jì)數(shù)輸入。：(WR)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。 89C51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)89C51 系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源，2 個優(yōu)先級，可以實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。 89C51 單片機(jī)的定時/計(jì)數(shù)器在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 溫度傳感器 DS18B20DS18B20 型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。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 的性能特點(diǎn)單線數(shù)字化智能集成溫度的傳感器，其特點(diǎn)是： （1） DSI8B20可將被測溫度直接轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號輸出，溫度值不需要經(jīng)電橋電路先獲取電壓模擬量，再經(jīng)信號放大和A ／D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性，在更換傳感器時會因放大器零漂而必須對電路進(jìn)行重新調(diào)試的問題，使用方便．（2） DS18B20能提供9到12位溫度讀數(shù)，精度高，且其信息傳輸只需 1根信號線，陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 9與計(jì)算機(jī)接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率來自于數(shù)據(jù)線而不需額外的電源．（3） 每一個DS18B20 都有一個惟一的序列號，這就允許多個 DS18B20連接到同一總線上．尤其適合于多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)．（4） 負(fù)壓特性：當(dāng)電源極性接反時，DS18B20雖然不能正常工作，但不會因發(fā)熱而燒毀 正是由于具有以上特點(diǎn)，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)各種溫度傳感器相比，有無可比擬的優(yōu)越性，因而廣泛應(yīng)用于過程控制、環(huán)境控制、建筑物、機(jī)器設(shè)備中的溫度檢測。Dsl8B20與單片機(jī)的硬件連接有兩種方法：一是Vcc接外部電源，GND接地，I/0 與單片機(jī)的I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時,~UDD和GND接地，I/0 接單片機(jī)I/0。圖4給出了DSl8B20與微處理器的典型連接。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2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測溫要想使DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到1mA，當(dāng)幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測溫時，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。并且工作電源VCC 必須保證在 5V，當(dāng)電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點(diǎn)測溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根 I/O 口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃ 。64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位是產(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。暫存存儲器包含了 8 個連續(xù)字節(jié)，前 2 個字節(jié)是測得的溫度信息，第 1 個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低 8 位，第 2 個字節(jié)是溫度的高 8 位。第 8 個字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 11 DS18B20 的測溫原理高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，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，DS1 8B20測量溫度原理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。考慮到℃、℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度TS 可用下式計(jì)算：TS=(TZ－℃) ＋(CD－CS)/CD 告警信號：DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH、TL 作比較。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進(jìn)行告警搜索。 CRC 的產(chǎn)生：在64 位ROM 的最高有效字節(jié)中存有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)。CRC 的函數(shù)表達(dá)式為：CRC=X ＋X ＋X ＋1。在本課題中采用五個數(shù)字式溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)89C51連接如下圖陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 12圖24 DS18B20多點(diǎn)溫度測量連接電路圖 DS18B20 使用中注意事項(xiàng)DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：（1） 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要加以注意。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。（4） 在 DS18B20 測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。 1602 字符型 LCD 簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。表 1 引腳接口說明表編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù)4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù)5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù)6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù)陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 157 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極第 1 腳：VSS 為地電源。第 3 腳：VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“ 鬼影 ”，使用時可以通過一個