智能測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

..緒論1.1設(shè)計(jì)背景隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)．能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低,但需后續(xù)信號(hào)處理電路,而且可靠性相對(duì)較差,測(cè)溫準(zhǔn)確度低,檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比,這里設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便,測(cè)溫范圍廣,測(cè)溫精確,數(shù)字顯示,適用范圍寬等特點(diǎn)。選用STC89C52單片機(jī)作為主控制器件,DSl8B20作為測(cè)溫傳感器通過(guò)LCD1602并行傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示。通過(guò)DSl8B20直接讀取被測(cè)溫度值,進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,該器件的物理化學(xué)性能穩(wěn)定,線性度較好,在-55℃~125℃最大線性偏差小于0.1℃。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào),便于單片機(jī)處理及控制。另外,該溫度計(jì)還能直接采用測(cè)溫器件測(cè)量溫度,從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸與處理過(guò)程。1.2智能測(cè)溫系統(tǒng)特征溫度是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中實(shí)時(shí)在接觸到的物理量,但是它是看不到的,僅憑感覺(jué)只能感覺(jué)到大概的溫度值,傳統(tǒng)的指針式的溫度計(jì)雖然能指示溫度,但是精度低,使用不夠方便,顯示不夠直觀,數(shù)字溫度計(jì)的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少度。數(shù)字溫度計(jì)采用進(jìn)口芯片組裝精度高、高穩(wěn)定性,誤差≤0.5%,內(nèi)電源、微功耗、不銹鋼外殼,防護(hù)堅(jiān)固,美觀精致。數(shù)字溫度計(jì)采用進(jìn)口高精度、低溫漂、超低功耗集成電路和寬溫型液晶顯示器,內(nèi)置高能量電池連續(xù)工作≥5年無(wú)需敷設(shè)供電電纜,是一種精度高、穩(wěn)定性好、適用性極強(qiáng)的新型現(xiàn)場(chǎng)溫度顯示儀。是傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)指針雙金屬溫度計(jì)的理想替代產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工礦企業(yè),大專院校,科研院所。數(shù)字溫度計(jì)采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器〔如鉑電阻,熱電偶,半導(dǎo)體,熱敏電阻等,將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化,如電壓和電流的變化,溫度變化和電信號(hào)的變化有一定的關(guān)系,如線性關(guān)系,一定的曲線關(guān)系等,這個(gè)電信號(hào)可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)再送給處理單元,如單片機(jī)或者PC機(jī)等,處理單元經(jīng)過(guò)內(nèi)部的軟件計(jì)算將這個(gè)數(shù)字信號(hào)和溫度聯(lián)系起來(lái),成為可以顯示出來(lái)的溫度數(shù)值,如25.0攝氏度,然后通過(guò)顯示單元,如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來(lái)給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計(jì)的基本測(cè)溫功能。數(shù)字溫度計(jì)根據(jù)使用的傳感器的不同,AD轉(zhuǎn)換電路,及處理單元的不同,它的精度,穩(wěn)定性,測(cè)溫范圍等都有區(qū)別,這就要根據(jù)實(shí)際情況選擇符合規(guī)格的數(shù)字溫度計(jì)。1.3設(shè)計(jì)的主要任務(wù)用AT89S51單片和DS18B20溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)范圍為-55℃-125℃的測(cè)量,要求顯示精度誤差小于0.5℃,用3位LED數(shù)碼直接讀出溫度。掌握單片機(jī)AT89S52的基本結(jié)構(gòu)及工作原理了解溫度傳感器DS18B220的工作原理實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量,設(shè)置溫度的上下限和報(bào)警功能;掌握單片機(jī)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法以及仿真軟件與編譯軟件的使用方法。系統(tǒng)總體方案2.1總體方案說(shuō)明采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度,輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制,省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定,它能用做工業(yè)測(cè)溫元件,此元件線形較好。在?55～125攝氏度時(shí),最大線形偏差小于0.5攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸,由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單,體積也不大。采用51單片機(jī)控制,軟件編程的自由度大,可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制,而且體積小,硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20控制工作,還可以與PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù),另外AT89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用,編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。該系統(tǒng)利用AT89C51芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示,能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度,并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng),它可以在設(shè)計(jì)中加入時(shí)鐘芯片DS1302以獲取時(shí)間數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)處理同時(shí)顯示時(shí)間,并可以利用AT24C16芯片作為存儲(chǔ)器件,以此來(lái)對(duì)某些時(shí)間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),利用鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢,獲得的數(shù)據(jù)可以通過(guò)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(shí)間溫度數(shù)據(jù)。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)結(jié)合來(lái)測(cè)量溫度。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度信號(hào),計(jì)算后在LED數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的溫度值。其溫度測(cè)量范圍為?55℃～125℃,精確到0.5℃。數(shù)字溫度計(jì)所測(cè)量的溫度采用數(shù)字顯示,控制器使用單片機(jī)AT89C51,測(cè)溫傳感器使用DS18B20,用3位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示。2.3系統(tǒng)組成本課題以是89C52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng),系統(tǒng)整體硬件電路包括,傳感器數(shù)據(jù)采集電路,溫度顯示電路,上下限報(bào)警調(diào)整電路,單片機(jī)主板電路等組成。系統(tǒng)框圖主要由主控制器、單片機(jī)復(fù)位、報(bào)警按鍵設(shè)置、時(shí)鐘振蕩、LED顯示、溫度傳感器組成。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)基本方框圖1.主控制器單片機(jī)AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn),四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要,很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。2.顯示電路顯示電路采用LED液晶顯示數(shù)碼管,從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。顯示電路是使用的串口顯示,這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少,只用p3口的RXD,和TXD,串口的發(fā)送和接收,4只數(shù)碼管采用74LS164右移寄存器驅(qū)動(dòng),顯示比較清晰。3.溫度傳感器溫度傳感器采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。DS18B20輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制,在0—100攝氏度時(shí),最大線形偏差小于1攝氏度,采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸,可直接與計(jì)算機(jī)連接。用AT89C51芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示,能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度,并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。獲得的數(shù)據(jù)可以通過(guò)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(shí)間溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)硬件選擇3.1單片機(jī)的選擇AT89S51是CMOS8位單片機(jī),它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程〔ISP,也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程,所以低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域,對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn),四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要,很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。主要特性如下●與MCS-51兼容●4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器●壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)●數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年●全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz●三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定●128*8位內(nèi)部RAM●32可編程I/O線●兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器●5個(gè)中斷源●可編程串行通道圖3-1AT89S51單片機(jī)引腳圖●低功耗的閑置和掉電模式●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89S51單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝。其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖3-1所示。各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下：●VCC：供電電壓●GND：接地●P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口,每個(gè)管腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳寫(xiě)"1"時(shí),被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí),P0口作為原碼輸入口,當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部電位必須被拉高。●P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入"1"后,電位被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P1口作為第八位地址接收。●P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個(gè)TTL門(mén)電流,當(dāng)P2口被寫(xiě)"1"時(shí),其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。作為輸入時(shí),P2口的管腳電位被外部拉低,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1"時(shí),它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)?！馪3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入"1"后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入?！馬ST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。●ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的?！馪SEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間,每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。●EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí),訪問(wèn)外部ROM；注意加密方式1時(shí),EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí),訪問(wèn)內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源<VPP>?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入?！馲TAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.2溫度傳感器的選擇由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件測(cè)出的一般都是電壓,再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度,需要比較多的外部元件支持,且硬件電路復(fù)雜,制作成本相對(duì)較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測(cè)溫元件。DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的"一線器件",其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持"一線總線"接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為-50～+150攝氏度,可編程為9位～12位轉(zhuǎn)換精度,測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度,分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中,掉電后依然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入,也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上,CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng),具有線路簡(jiǎn)單,在一根通信線,可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì),十分方便。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：●獨(dú)特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊●DS18B20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)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫●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)●適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍：3.0～5.5V,在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電●溫范圍-50℃～＋150℃●零待機(jī)功耗●可編程的分辨率為9～12位,對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫●在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字,12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字,速度更快●用戶可定義報(bào)警設(shè)置●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度〔溫度報(bào)警條件的器件●測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào),以"一線總線"串行傳送給CPU,同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼,具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力●負(fù)電壓特性,電源極性接反時(shí),溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)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(wèn)題：●DS18B20從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間,這是必須保證的,不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象,使溫度輸出總是顯示85?！裨趯?shí)際使用中發(fā)現(xiàn),應(yīng)使電源電壓保持在5V左右,若電源電壓過(guò)低,會(huì)使所測(cè)得的溫度精度降低?！裨趯?duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí),必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序,否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)?！裨贒S18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題,容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20,在實(shí)際應(yīng)用中并非如此,當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí),就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意?！裨贒S18B20測(cè)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(hào),一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線,當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí),將沒(méi)有返回信號(hào),程序進(jìn)入死循環(huán),這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。圖為DS1820的內(nèi)部框圖,它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器〔內(nèi)含便箋式RAM,用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC發(fā)生器等七部分。DS18B20采用３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示圖3-2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后,開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1,2字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù),讀取時(shí)低位在前,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù),存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中,二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位,如果測(cè)得的溫度大于0,這5位為0,只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0,這5位為1,測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。圖中,S表示位。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí),表示測(cè)得的溫度植為正值,直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí),表示測(cè)得的溫度植為負(fù)值,先將補(bǔ)碼變換為原碼,再計(jì)算十進(jìn)制值。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。DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后,就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較,若T>TH或T<TL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位,并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此,可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)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。3.3DS18B20測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖2所示,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)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入,圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén),當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí),DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù),進(jìn)而完成溫度測(cè)量.計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)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50℃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50℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1,減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度寄存器值的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫圖2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(mén)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。另外,由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的,他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20〔發(fā)復(fù)位脈沖→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。DS1820正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為0.5℃,這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度監(jiān)測(cè)來(lái)講略顯不足,在對(duì)DS1820測(cè)溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上,我們采取直接讀取DS1820內(nèi)部暫存寄存器的方法,將DS1820的測(cè)溫分辨率提高到0.1℃～0.01℃．DS1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表1所示,其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值,第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值,這樣,我們就可以通過(guò)下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先用DS1820提供的讀暫存寄存器指令<BEH>讀出以0.5℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果,然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位<LSB>,得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)部分T整數(shù),然后再用BEH指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值M剩余和每度計(jì)數(shù)值M每度,考慮到DS1820測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系,實(shí)際溫度T實(shí)際可用下式計(jì)算得到：T實(shí)際=<T整數(shù)－0.25℃>+<M每度－M剩余>/M每度。設(shè)計(jì)電路控制器使用單片機(jī)AT89C2051,溫度計(jì)傳感器使用DS18B20,用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先,由DS18820溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度,并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后,通過(guò)AT89S51單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換,井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后,SMC1602A芯片將送來(lái)的值顯示于顯示屏上。由圖1可看到,本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和AT89S51單片機(jī)芯片組成。其中,DSI8B20溫度傳感器芯片采用"一線制"與單片機(jī)相連,它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。4.1顯示電路顯示電路采用SMCI602A液晶顯示模塊芯片該芯片可顯示16×2個(gè)字符,比以前的七段數(shù)碼管LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外,由于SMCl602芯片編程比較簡(jiǎn)單,界面直觀,因此更加易于使用者操作和觀測(cè)。SMCl602A芯片的接口信號(hào)說(shuō)明如表4-1列。表4-1SMCl602A芯片的接口信號(hào)說(shuō)明4.2溫度檢測(cè)電路DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式,DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來(lái)完成。DS18B20的電源供電方式有2種:外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí),VDD和GND均接地,他在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用,原理是當(dāng)1Wire總線的信號(hào)線DQ為高電平時(shí),竊取信號(hào)能量給DS18B20供電,同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電,當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路,軟件控制變得復(fù)雜<特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM時(shí)>,同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此,在條件允許的場(chǎng)合,盡量采用外供電方式。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電,I/O口線要接5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。DS18B20與芯片連接電路如圖4-1所示：圖4-1DS18B20與單片機(jī)的連接系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1概述整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)硬件基本定型后,軟件的功能也就基本定下來(lái)了。從軟件的功能不同可分為兩大類(lèi)：一是監(jiān)控軟件〔主程序,它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,專門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件〔子程序,它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出,并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后,就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu),然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求,合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。主程序流程見(jiàn)圖5-1。5.2主程序模塊主程序需要調(diào)用4個(gè)子程序,分別為數(shù)碼管顯示程序,溫度測(cè)試及處理子程序,報(bào)警子程序,中斷設(shè)定子程序。各模塊程序功能如下：●數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù),控制系統(tǒng)的顯示部分?！駵囟葴y(cè)試及處理程序：對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,進(jìn)行判斷和顯示。●報(bào)警子程序：進(jìn)行溫度上下限判斷及報(bào)警輸出。