基于單片機的溫度檢測和報警系統(tǒng)

1、畢業(yè)設計說明書（論文）的有關要求對畢業(yè)設計說明書（論文）的有關要求如下：一、說明書（論文）的編寫格式。說明書（論文）的編寫格式一般應包括下述七個部分：1 畢業(yè)設計（論文）題目2 目錄3 摘要在正文前應有200字左右的論文摘要，提倡用英文書寫（不用也可）。4 前言前言應說明選題的題目，提出選題的依據(jù)，進行題目調(diào)查與資料收集過程，研究該題目的背景，選題狀況簡介，以及協(xié)作人員和其他應說明的問題；5 正文正文是畢業(yè)設計說明書（論文）的主體部分，包括所選題目的（1）系統(tǒng)設計思想a 原理框圖b 原理概述（2）系統(tǒng)硬件設計a 硬件電路圖b 硬件電路圖說明（包括其中所用特殊芯片功能及使用說明）（3）系統(tǒng)軟件設

2、計a 程序流程圖b 程序清單(4) 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試注意事項與要點。6 結(jié)論結(jié)論一般包括研究成果、建議和建議被采納的可能性；7 參考文獻參考文獻應列出撰寫論文時參考了哪些主要書刊、資料，包括書刊名稱、作者、出版單位及時間等。二、說明書（論文）的規(guī)格說明書（論文）一律要求用統(tǒng)一規(guī)格的16開白紙打印。圖表要清晰，卷面要整潔，封面和插頁格式要符合我院的統(tǒng)一規(guī)定。字數(shù)不能少于1.5萬字。特別要注意標題層次標識規(guī)范科技論文的各層次標題一律用阿拉伯數(shù)字連續(xù)編碼，不同層次的2個數(shù)字之間用下圓點“.”分隔開，末位數(shù)字后面不加點號。如“1”，“1.2“3.5.1”等；各層次的標題序號均左頂格排寫，最后一個序號之后

3、空一個字距接排標題。示例如下。0 引言1 長途運輸?shù)脑囼?1.1 試驗方案1.1.1 運輸工具的選擇三、說明書（論文）的編排卷首要有目錄及編號，卷本用小四號字體，卷本應附有參考文獻和資料清單。大量的表格和計算結(jié)果也可作為附錄附后。四、說明書（論文）的裝訂說明書（論文）裝訂自上而下依次為論文封面、畢業(yè)設計（論文）任務書、畢業(yè)設計（論文）目錄、論文摘要、畢業(yè)設計（論文）正文、參考書目。繪制的圖紙如面積超標折疊后裝訂在畢業(yè)設計（論文）中。五、說明書（論文）的存檔畢業(yè)答辯后，學生將畢業(yè)設計（論文）電子版、畢業(yè)設計（論文）一起裝入專用袋中存檔。目錄論文摘要.6前言.81.任務分析.102.單片機的概況.

4、142.1單片機的發(fā)展歷史.142.2 單片機的應用.15 2.2.1單機用.162.2.2多機用.172.3 MCS-51系列單片機的主要產(chǎn)品.173.傳感器概況.182.1傳感器機概述.182.2傳感器工作原理.202.3驅(qū)動電路.204 原理分析 .204.1、DS18B20的主要特性.214.2、DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu).214.3、DS18B20工作原理.224.4 DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件:.22 4.5 高速暫存存儲器 .245.系統(tǒng)硬件設計.255.1硬件電路圖(圖4) .255.2 原理圖.255.3 DS18B20集成溫度傳感器的結(jié)構(gòu)及原理.265.3.1

5、結(jié)構(gòu).265.3.2 DS1820使用中注意事項 .295.5 9S51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 31 5.5.1 9S51的工作原理.31 原理圖.31 6 軟件程序336.1軟件設計流程圖.336.2程序清單（c語言）.337.系統(tǒng)軟硬件調(diào)試377.1 系統(tǒng)的硬件調(diào)試.387.1.1 常見的硬件故障.38 7.1.2操作時序.397.1.3 DS18B20的操作模塊40 7.1.4 FPGA與CPU的接口437.2 系統(tǒng)的軟件調(diào)試 447.2.1常見的軟件錯誤447.2.2軟件調(diào)試方法.447.2.3 DS18B20溫度傳感器程序詳解.46 總結(jié).52參考文獻.53論文摘要本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)

6、容是，采用89S51或Motorla AVR等8位單片機,傳感器采用TMP03或DS18B20集成溫度傳感器; 實現(xiàn)對-20-+80攝氏溫度范圍之內(nèi)的物體溫度檢測及超溫報警 本儀表最多可配接96支DS18B20溫度傳感器形成多點測量系統(tǒng)，適用于倉儲（糧庫、倉庫）、樓宇、農(nóng)業(yè)大棚等的溫度測量、報警、記錄。 1、-55+125測量范圍，0.06測溫分辨率。-2080范圍內(nèi)基本測量精度±0.5。具有標定、修正功能。 2、多重保護、隔離設計，抗干擾能力強、可靠性高。 3、豐富的軟件功能及方便的操作界面。 4、完善的網(wǎng)絡通訊功能。與計算機進行高速、高效的雙向數(shù)據(jù)交換。具備遠程調(diào)試、診斷、數(shù)據(jù)采

7、集能力。 5、良好的軟件平臺，具備二次開發(fā)能力，以滿足特殊的功能要 求。 6、可自動識別傳感器數(shù)量，并自動為傳感器排序，并保持順序不變，大大方便系統(tǒng)維護。 技術(shù)指標 輸入：通道數(shù)：296通道。DS18B20數(shù)字溫度傳感器 精度：測量精度：-1085范圍內(nèi)基本測量精度±0.5       設定精度：與顯示值一致無相對誤差。 顯示：2位LED通道號顯示 4位LED測量值顯示 各通道報警狀態(tài)指示燈 報警：4種測量報警方式。2點公用報警繼電器輸出 傳感器故障繼電器輸出。（擴展功能） 多點控制繼電器輸出（擴展功能） 輸出繼電器觸點容量，AC25

8、0V、2A（阻必負載） 電源：V0：AC90260VAC   耗電量10VA以下 電壓：V1：DC2028V耗電量8VA以下 環(huán)境：溫度：050 特點：1.體積小,安裝方便 2.可聯(lián)網(wǎng),方便分散點測量 3.三線/二線連接方式，本儀表采用三線方式 4.測量范圍-55+125 5.測量精度: ±0.5 6.分辨率0.0625 本儀表每組測量輸入可配接32支DS18B20溫度傳感器前言DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖所示。圖中低溫度系數(shù)

9、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數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在20所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(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。圖3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程用于修器值。DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介新的“一線器件”體

10、積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟 Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -20C+80C范圍內(nèi),精度為0.5C。DS1822的精度較差為 2C 。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同

11、，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序設定912位的分辨率，精度為0.5C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為2C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS

12、1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。一、 任務分析1 本儀表最多可配接96支DS18B20溫度傳感器形成多點測量系統(tǒng)，適用于倉儲（糧庫、倉庫）、樓宇、農(nóng)業(yè)大棚等的溫度測量、報警、記錄。 1、-20+80測量范圍，0.06測溫分辨率。具有標定、修正功能。 2、多重保護、隔離設計，抗干擾能力強、可靠性高。 3、豐富的軟件功能及方便的操作界面。 4、完善的網(wǎng)絡通訊功能。與計算機進行高速、高效的雙向數(shù)據(jù)交換。具備遠程調(diào)試、診斷、數(shù)據(jù)采集能力。 5、良好的軟件平臺，具備二次開發(fā)能力，以滿足特殊的功能要

13、求。 6、可自動識別傳感器數(shù)量，并自動為傳感器排序，并保持順序不變，大大方便系統(tǒng)維護。 2、技術(shù)指標 輸入：通道數(shù)：296通道。DS18B20數(shù)字溫度傳感器 精度：測量精度：-1085范圍內(nèi)基本測量精度±0.5       設定精度：與顯示值一致無相對誤差。 顯示：2位LED通道號顯示 4位LED測量值顯示 各通道報警狀態(tài)指示燈 報警：4種測量報警方式。2點公用報警繼電器輸出 傳感器故障繼電器輸出。（擴展功能） 多點控制繼電器輸出（擴展功能） 輸出繼電器觸點容量，AC250V、2A（阻必負載） 電源：V0：AC90260VAC

14、0;  耗電量10VA以下 電壓：V1：DC2028V耗電量8VA以下 環(huán)境：溫度：050 濕度：2090%RH3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)      DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下:     DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。     光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以

15、看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，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)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。     DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。    這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在

16、18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面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0.0625即可得到實際溫度；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0.0625即可得到實際溫度。     例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。4.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

17、可電擦除的E2RAM,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。     暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。該字節(jié)各位的意義如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置

18、為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設置為12位）分辨率設置表: R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms      根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制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進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，

19、后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。5.DS1820使用中注意事項 DS1820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，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 (2)在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS182

20、0，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 (3)連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。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。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 (4)在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令

21、后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。     測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。二、單片機的概況2.1單片機的發(fā)展歷史在微型計算機的大家庭中，單片機以其獨特的魅力異軍突起，并且發(fā)展迅速。美國Fairchild公司在年生產(chǎn)出了第一臺8位單片機；Intel公司在1976年9月又推出了MCS-48系列單片機。而后斷斷幾十年中，單片機

22、如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，其中比較典型的有GI公司、Rockwell公司、Intel公司、Zilog公司、Motorola公司、NEC公司等世界上幾大計算機公司推出的系列產(chǎn)品。它們從原來的4位單片機已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的8位和16位單片機，甚至位超大規(guī)模集成電路單片機(如T414)也開始投入使用。同時單片機的性能也在不斷提高。如Intel公司的8096單片機，它擁有16的CPU和8KB的片內(nèi)ROM、256B的片內(nèi)RAM；它可以進行加、減、乘、除運算和8級中斷嵌套，且中斷源多達21個；它的時鐘頻率為12MHz，并具有8個模擬量輸入通道、10位A/D轉(zhuǎn)換器、全雙工異步通信接口和4個16位可編程定時器。2.2

23、單片機的應用 單片機具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、低功耗、低電壓、低價格等優(yōu)點，因此在許多行業(yè)得到了廣泛應用在航天航空、地質(zhì)石油、冶金采礦、機械電子等許多領域中，單片機發(fā)揮了巨大作用。單片機主要應用于控制領域中單片機應用的意義不僅限于它廣泛的應用范圍以及所帶來得經(jīng)濟效益。更重要的意義在于它從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。這種以軟件取代硬件的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展和應用的普及，微控制技術(shù)在智能化方面早已不是硬件控制所能比擬的，它帶來了一場對控制技術(shù)的革命。據(jù)統(tǒng)計，我國單片機年產(chǎn)量已達13億片，且每年以大約16的速度增長但相對于國際市場的占有

24、率還不到1。這說明單片機的應用在我國有著廣闊的前景對于從事自動控制的技術(shù)人員來說，掌握單片機原理及其應用已經(jīng)成為必不可少的知識和技能。2.2.1單機應用在一個應用系統(tǒng)中，只用一個單片機，這是目前應用最多的方式，主要應用領域為：測控系統(tǒng) 用單片機可構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。例如，溫室人工氣候控制、水閘自動控制、電鍍生產(chǎn)線自動控制、氣輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車輛檢測系統(tǒng)、機器人軸處理器等。智能儀表 用單片機改造原有的測量、控制儀表、能促進儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化發(fā)展。如溫度、壓力、流量、濃度等的測量、顯示、及儀表控制。通過采用單片機軟件編程技術(shù)，使測量儀表中

25、長期存在的誤差修正、線形化處理等難題迎刃而解。機電一體化產(chǎn)品 單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)合，使傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化。這類產(chǎn)品如：簡易數(shù)控機床，電腦繡花機，醫(yī)療器械等。智能接口 在計算機控制系統(tǒng)特別是較大型的工業(yè)控制系統(tǒng)中，普遍采用單片機進行接口控制與管理，因單片機與主機是并行工作的，故大大提高了系統(tǒng)的運行速度。例如：在大型系統(tǒng)采樣系統(tǒng)中，用單片機對ADC接口進行控制不僅可以提高采集速度，而且還能對數(shù)據(jù)進行預處理，如數(shù)字濾波、線形化處理、誤差修正等。智能民用產(chǎn)品 在家用電器玩具游戲機聲像設備電子稱收銀機辦公設備廚房設備等產(chǎn)品中引用單片機不僅使產(chǎn)品的功能大大加強而且獲得了良好的使用效果

26、2.2.2多機應用單片機的多機應用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機處理及局部網(wǎng)絡系統(tǒng)。功能集散系統(tǒng) 多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工程系統(tǒng)多種外圍功能的要求而設置的多機系統(tǒng)。例如：一個加工中心的計算機系統(tǒng)除完成機床加工運行控制外，還要控制對刀系統(tǒng)坐標系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)視、伺服驅(qū)動等機構(gòu)。并行多控制系統(tǒng) 并行多控制系統(tǒng)主要解決工程應用系統(tǒng)的快速問題，以便構(gòu)成大型實時工程應用系統(tǒng)。典型的有快速并行數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)、實時圖象處理系統(tǒng)等。局部網(wǎng)絡系統(tǒng) 單片機網(wǎng)絡系統(tǒng)的出現(xiàn)，使單片機應用進入了一個新的水平。目前該網(wǎng)絡系統(tǒng)主要是分布式監(jiān)控系統(tǒng)，單片機主要用于系統(tǒng)中的通信控制，以及構(gòu)成各種測控子級系統(tǒng)。典型的分布測控

27、系統(tǒng)有兩種類型：樹狀網(wǎng)絡系統(tǒng)與總線網(wǎng)絡系統(tǒng)。2.3、 MCS-51的系列單片機的主要產(chǎn)品MCS-51系列單片機是美國Intel公司的產(chǎn)品。自推出8位單片機MCS-48系列以來，該公司已經(jīng)相繼推出了3個系列幾十種產(chǎn)品。由于MCS-48系列單片機逐步趨于淘汰，而MCS-51的系列單片機基本上可以滿足用戶的一般要求，另外，MCS-96系列的應用也日趨廣泛。Intel公司于1980年出8位的位高性能8051單片機，在工業(yè)控制領域引起不小的轟動，并迅速確立了其不可動搖的地位。之后不久Intel公司徹底開放了8051單片機的技術(shù)，引來世界上許多半導體廠商加入了開發(fā)和改造8051單片機的行列中，這其中貢獻最

28、大的有Philips公司，它著力發(fā)展了單片機的控制單元和外圍單元；Atmel公司，它在單片機內(nèi)部植入了Flash ROM，使得單片機應用變的靈活，在我國擁有大量得用戶；ADI公司，它推出AduC8××系列單片機，在單片機向SOC發(fā)展的數(shù)/模混合集成電路發(fā)展過程中扮演了很重要的角色；Cygnal公司，它采用一種全新的流水線設計思路，使單片機的運算速度得到了極大的提高，在向SOC發(fā)展的過程中邁出了一大步。不管這些廠商對8051單片機進行了如何改進，但都保留了8051單片機原有的指令系統(tǒng)和內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)，因此所有這些單片機的指令都是相互兼容的，開發(fā)工具也大致相同，單片機業(yè)界把這類

29、單片機統(tǒng)稱為MCS-51的系列單片機。三、 傳感器的概況3.1傳感器的發(fā)展史溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。根據(jù)美國儀器學會的調(diào)查，1990年，溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀初伽利略發(fā)明溫度計開始，人們開始利用溫度進行測量。真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。五十年以后，另一位德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計。在半導體技術(shù)的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。智能化具有以下優(yōu)點

30、：.1智能化不但能夠?qū)π畔⑦M行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進行補償，而且還能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。此外，還能夠利用軟件實現(xiàn)非線性補償或其它更復雜的環(huán)境補償，以改進測量精度。2智能化具有自診斷和自校準功能，可以用來檢測工作環(huán)境。當工作環(huán)境臨近其極限條件時，它將發(fā)出告警信號，并根據(jù)其分析器的輸入信號給出相關的診斷信息。當智能化由于某些內(nèi)部故障而不能正常工作時，它能夠借助其內(nèi)部檢測鏈路找出異?，F(xiàn)象或出了故障的部件。3智能化能夠完成多多參數(shù)混合測量，從而進一步拓寬了其探測與應用領域，而微處理器的介入使得智能化能

31、夠更加方便地對多種信號進行實時處理。此外，其靈活的配置功能既能夠使相同類型的實現(xiàn)最佳的工作性能，也能夠使它們適合于各不相同的工作環(huán)境。4智能化既能夠很方便地實時處理所探測到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲起來。存儲大量信息的目的主要是以備事后查詢，這一類信息包括設備的歷史信息以及有關探測分析結(jié)果的索引等；5智能化備有一個數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計算機進行通信聯(lián)絡和交換信息。此外，智能化的信息管理程序也非常簡單方便，譬如，可以對探測系統(tǒng)進行遠距離控制或者在鎖定方式下工作，也可以將所測的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程用戶等。3.2、傳感器的工作原理傳感器是一種能把物理量或化學量轉(zhuǎn)變成便于利用

32、的電信號的器件。國際電工委員會的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。 2.3、驅(qū)動電路. 向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做

33、運算放大器AD822的工作電源；由基準電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當彈性軸受扭時，應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動-靜環(huán)之間只有零點幾毫

34、米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強的抗干擾能力。四、原理分析 4.1、DS18B20的主要特性（1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 （2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 （3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 （4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) （5）溫范圍55125，在-10+85時精度為±0.

35、5 （6）可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫 （7）在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 （8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 （9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 4.2、DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和

36、TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如下圖1: DS18B20引腳定義：  (1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；     (2)GND為電源地；     (3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 4.3、DS18B20工作原理  DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3所示。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

37、脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(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。圖3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。4.4 DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：    &#

38、160;（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。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，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)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。     （2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。 這是

39、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0.0625即可得到實際溫度；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0.0625即可得到實際溫度。     例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。 （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EEPRA

40、M,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。     （4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下： 低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設置為12位）4.5、高速暫存存儲器      高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字

41、節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表?2是對應的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）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進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在

42、低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。 五.系統(tǒng)硬件設計 5.1、硬件電路圖(圖4) 5.2 、原理圖5.3 DS18B20集成溫度傳感器的結(jié)構(gòu)及原理 5.3.1 結(jié)構(gòu) 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E2RAM,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。     暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時

43、被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。     根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制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進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。5.3.2 DS1820使用中注意事項 DS1820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

44、等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 (2)在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 (3)連接DS1820

45、的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。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。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 (4)在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連

46、接和軟件設計時也要給予一定的重視。     測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。5.4、DS18B20原理在生產(chǎn)實踐中對溫度的多點監(jiān)測,有時需要同時檢測多至數(shù)百個測溫點。D S18B20是美國D A L L A S半導體公司繼D S1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量,并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓 S

47、18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的D S18B20供電,而無需額外電源。5.5、9S51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由以下部分組成： CPU、RAM、ROM、 四個并行I/O口、1個串行口、 2個16位定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器。 5.5.1 9S51的工作原理構(gòu)建CPU的基石是晶體管，可以看成是微型電子開關，代表兩種狀態(tài):ON(開)和OFF(關)。這一開一關兩種狀態(tài)正好與二進制中的基礎狀態(tài)“0”和“1”對應。CPU由控制單元、運算單元、寄存器單元和時鐘等組成。運算單元是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的中心，它主要由算術(shù)邏輯

48、部件（ALU：Arithmetic and Logic Unit）、寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。CPU工作流程：指令指示器指向內(nèi)存中存放指令的地方。取指器在那里取出指令，并把它交給解碼器。解碼器解釋指令。然后，ALU執(zhí)行指令所要求的操作，它對數(shù)據(jù)進行加、減運算，或者其它的一些處理。在CPU解釋并執(zhí)行完一條指令后，控制器會告訴取指器在內(nèi)存中取出下一條指令。這個過程一直持續(xù)著，一條指令接一條指令，以令人眼花的速度運行。為了使一切都按時發(fā)生，各組成部分還需要一個時鐘發(fā)生器。時鐘發(fā)生器是用來調(diào)節(jié)CPU的每一個動作的。像節(jié)拍器一樣，它發(fā)出調(diào)整CPU步伐的脈沖。舉個簡單的例子，某個指令系統(tǒng)的指令長度為32位

49、，操作碼長度為8位，地址長度也為8位。當它收到一個 “00000010000001000000000100000110”的指令時，先取出它的前8位操作碼，即00000010，分析得出這是一個減法操作，有3個地址，分別是兩個源操作數(shù)地址和一個目的地址。于是，CPU就到內(nèi)存地址00000100處取出被減數(shù)，到00000001處取出減數(shù)，送到 ALU中進行減法運算，然后把結(jié)果送到00000110處。5.5.2 原理圖 六、軟件程序6.1軟件設計流程圖6.2程序清單（c語言）#include<AT89X52.H>#include <absacc.h>#define uchar

50、unsigned char#define uint unsigned int#define DATAPORT P0 /定義P0口為Led數(shù)據(jù)口/#define SETTEMP P1 /定義P1口為設定溫度#define SELECT P2 /定義P2口為選擇信號sbit L1 = P11; /燈作為電機sbit L2 = P12;sbit L3 = P13;sbit DQ = P34; /定義ds18b20通信端口 char Num10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/09int temp1,temp2,ID=0,set=0

51、,blink;int temp1=27,xs=5; /定義整數(shù)和小數(shù)unsigned int max,mid,min,flag;/下面是小板的地址/大板對應為0xc700,0xc600,0xc500/#define led_data XBYTE0xe000 /顯示數(shù)據(jù)端口#define led_sel XBYTE0xc000 /顯示器選擇端#define key_addr XBYTE0xa000 /按鍵端口 /uchar d10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0x0F8,0x80,0x90;/仿真時用到/*延時>K*1ms,*/*12.000mhz>11.0