畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于AT89C51單片機(jī)的糧倉(cāng)溫度控制系統(tǒng)系別自動(dòng)化工程系專業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)姓名指導(dǎo)教師2009年5月5日基于單片機(jī)的糧倉(cāng)溫度控制系統(tǒng)摘要隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。糧食是人類生存的必需品，溫度是保存好糧食的先決條件，儲(chǔ)存大量的糧食對(duì)穩(wěn)定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。糧庫(kù)一般較大，測(cè)量點(diǎn)會(huì)很多。糧倉(cāng)溫度測(cè)量方法以及相應(yīng)的智能控制一直是糧食保存的一個(gè)重要問(wèn)題。該系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)和DS18B20數(shù)值溫度傳感器為核心組成的糧倉(cāng)溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)采集了各個(gè)溫度點(diǎn)的溫度，實(shí)現(xiàn)溫度顯示、報(bào)警等功能。它以AT89C51單片機(jī)為主控制芯片，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)多路溫度的檢測(cè)，利用LCD1602液晶顯示器形象直觀的顯示測(cè)出的溫度值。本文在確定法設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，著重論述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并且描述了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)框圖及所使用各種芯片功能和特性。通過(guò)PROTEUS軟件和KEILC仿真出了該系統(tǒng)。關(guān)鍵詞單片機(jī)DS18B20液晶顯示鍵盤報(bào)警TEMPERATURECONTROLSYSTEMOFTHEGRANARYBASEDONSINGLECHIPAUTHORMUXIQINGTUTORFANLINAABSTRACTALONGWITHTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERTECHNOLOGYRAPIDDEVELOPMENT,THEMICROCONTROLLEROBTAINEDTHEWIDESPREADAPPLICATIONINEACHDOMAINTHEGRAINISTHEHUMANSURVIVALESSENTIALITEM，THETEMPERATUREISTHEPRECONDITIONOFPRESERVINGTHEGRAINWELL,STORINGUPTHEMASSIVEGRAINPLAYSACRUCIALROLEINTHEDEVELOPMENTOFTHESTABLENATIONALECONOMYPROVISIONROOMISGENERALLYBIG,SOTHEREWILLBEALOTOFMEASUREMENTPOINTSGRAINTEMPERATUREMEASUREMENTMETHODANDTHECORRESPONDINGINTELLIGENTCONTROLOFFOODPRESERVATIONHASBEENANIMPORTANTISSUETHESYSTEMISBASEDONAT89C51SINGLECHIPANDNUMERICALTEMPERATURESENSORDS18B20,WHICHCOMPOSITETHECORETEMPERATURECONTROLSYSTEMTHISSYSTEMHASGATHEREDEACHTEMPERATUREUSINGAT89C51MONOLITHICINTEGRATEDCIRCUIT,WHICHREALIZESFUNCTIONSTEMPERATUREDISPLAYANDALARMFUNCTIONSANDSOONITTAKESAT89C51MONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITASMAINCONTROLCHIP,WHICHUSESDIGITTEMPERATURESENSORDS18B20TOREALIZETHEMULTICHANNELTEMPERATUREDETECTIONSTEMPERATUREVALUEWHICHDETERMINESISDISPLAYEDUSINGTHELCD1602LIQUIDCRYSTALINDIRECTVIEWINGDEMONSTRATIONTHISARTICLEFOCUSESONSYSTEMSSOFTWAREANDHARDWAREDESIGNEMPHATICALLYONTHEFOUNDATIONOFDETERMININGTHEDESIGNOFTHEPROGRAMITDESCRIBESTHESYSTEMCIRCUITDESIGN,THEHARDWAREDESIGNDIAGRAMASWELLASTHEFUNCTIONANDTHECHARACTERISTICOFTHECHIPWHICHISUSEDINTHESYSTEMTHISSYSTEMISSIMULATEDTHROUGHTHEPROTEUSANDKEILCSOFTWAREKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERDS18B20LIQUIDCRYSTALDISPLAYKEYBOARDWARNING目錄一緒論111背景112設(shè)計(jì)的目的和意義113相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)2二系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)421方案設(shè)計(jì)432方案論證5三溫度傳感器631溫度傳感器的選型6311傳感器的選擇原則6312溫度傳感器的選擇632溫度上、下限值的設(shè)定原理7四系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)841系統(tǒng)工作原理綜述842DS1820與單片機(jī)接口電路9421單片機(jī)89C51為本系統(tǒng)的核心10422中央處理器AT89C51簡(jiǎn)介1343DS18B20簡(jiǎn)介及測(cè)溫電路設(shè)計(jì)16431DS18B20的性能特點(diǎn)17432DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)17433高速暫存存儲(chǔ)器21434DS18B20單總線1一WIRE的基本原理2244液晶顯示電路29441LCD1602主要技術(shù)參數(shù)29442LCD1602的引腳說(shuō)明30443控制指令說(shuō)明3045按鍵電路3146報(bào)警電路33五軟件功能及框圖3451主程序3452讀出溫度子程序3453溫度轉(zhuǎn)換命令子程序3454計(jì)算溫度子程序3455顯示數(shù)據(jù)刷新程序子程序3456按鍵處理子程序34六單片機(jī)的抗干擾問(wèn)題4061干擾因素4062硬件抗干擾措施40621合理選擇元器件40622電源干擾的抑制40623電場(chǎng)、磁場(chǎng)干擾的抑制40624接地技術(shù)40625通道技術(shù)41626布線抗干擾設(shè)計(jì)4263軟件抗干擾措施43631數(shù)字濾波器43632軟件冗余43633設(shè)置軟件陷阱43634重要指令冗余43635“看門狗”技術(shù)43結(jié)論45參考資料46致謝47附錄1仿真原理圖48附錄2程序代碼49附錄3英文文獻(xiàn)67一緒論11背景“國(guó)以民為本，民以食為天”，“兵馬未動(dòng)，糧草先行”，這些都充分說(shuō)明糧食對(duì)國(guó)家的重要性。從理論上講國(guó)家掌握的糧食越多越好，但從現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度看，國(guó)家只要能控制住一定數(shù)量的可以靈活支配、質(zhì)量良好的糧食，既可達(dá)到“備戰(zhàn)備荒”、宏觀調(diào)控的目的，又可節(jié)省資金用于發(fā)展經(jīng)濟(jì)。一般來(lái)說(shuō)糧食存放在糧倉(cāng)中，大型的糧倉(cāng)可存放數(shù)以萬(wàn)計(jì)的糧食。而且這些糧食存放的時(shí)間有長(zhǎng)有短。為了保證存放在糧倉(cāng)中的糧食不致腐爛變質(zhì)，就必須使糧倉(cāng)內(nèi)的溫度保持在一定的范圍以內(nèi)。為了達(dá)到以上的要求，必不可少的就是既穩(wěn)定又精確的糧情智能測(cè)控管理系統(tǒng)。糧情智能測(cè)控系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)檢測(cè)糧食儲(chǔ)備庫(kù)中糧食的基本溫度情況，并結(jié)合其他糧情信息（如入倉(cāng)時(shí)間、品種、倉(cāng)型、天氣狀況等）進(jìn)行綜合分析。利用微機(jī)技術(shù)對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行監(jiān)控，用戶可方便地構(gòu)造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時(shí)候把糧倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場(chǎng)，就可查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了國(guó)家糧食儲(chǔ)備安全水平，以獲得實(shí)時(shí)糧倉(cāng)管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。本文只闡述糧情溫度檢測(cè)，以下所說(shuō)糧情僅指溫度。但涉及到的一些方法也適合其他糧情檢測(cè)情況。在綜合研究國(guó)內(nèi)糧庫(kù)管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下，吸收了國(guó)內(nèi)多種糧庫(kù)糧情溫度測(cè)控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)后，我們?cè)O(shè)計(jì)了自己的糧情溫度智能測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可靠性和高性價(jià)比，而且操作維修簡(jiǎn)便，具有檢測(cè)、數(shù)顯、分析等諸多功能。12設(shè)計(jì)的目的和意義科學(xué)儲(chǔ)糧是糧食生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，若管理不當(dāng)，糧食發(fā)霉或生蟲會(huì)造成極大浪費(fèi)。糧庫(kù)管理中最重要的問(wèn)題是監(jiān)測(cè)糧堆中的溫度變化。糧庫(kù)一般由幾十個(gè)甚至上百個(gè)由水泥或鋼板構(gòu)成的圓型倉(cāng)組成，倉(cāng)高20一30M。現(xiàn)在，我國(guó)在糧倉(cāng)建設(shè)上己實(shí)現(xiàn)規(guī)范化，但是監(jiān)測(cè)手段一直未能實(shí)現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國(guó)許多儲(chǔ)備糧庫(kù)每年都因測(cè)控設(shè)備的不完善而導(dǎo)致部分糧食霉變，許多大型儲(chǔ)備糧庫(kù)的測(cè)控設(shè)備仍需高價(jià)進(jìn)口，因此國(guó)家準(zhǔn)備在未來(lái)的幾年內(nèi)對(duì)全國(guó)所有的糧庫(kù)進(jìn)行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)糧庫(kù)管理現(xiàn)代化。影響儲(chǔ)糧安全的最主要因素是糧堆內(nèi)的溫度，這就要求能有一種有效的、低成本的儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)控制功能，使得管理人員能夠方便有效地進(jìn)行監(jiān)控操作。如果用單片機(jī)作為前沿機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（溫度設(shè)定，實(shí)時(shí)溫度顯示，報(bào)警電路）然后通過(guò)單片機(jī)串行口控制電機(jī)啟停進(jìn)行溫度控制。利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行檢控，用戶可以方便地夠造自己所需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時(shí)候把糧倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳到控制室，管理人員不進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)就可以按照所需的溫度要求對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)的溫度情況進(jìn)行控制，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了糧倉(cāng)內(nèi)存儲(chǔ)安全，獲得了糧倉(cāng)的實(shí)時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，智能化。微機(jī)測(cè)量是微機(jī)設(shè)計(jì)的第一步，是微機(jī)測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)部分，即測(cè)量糧倉(cāng)中的溫度，并使用單片機(jī)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。13相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)糧情檢測(cè)技術(shù)是科學(xué)保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)被應(yīng)用于糧情監(jiān)控系統(tǒng)。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過(guò)檢測(cè)電阻的變化來(lái)反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人工測(cè)量，效率低，準(zhǔn)確性差。在糧食部門各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和糧食行業(yè)科技主管部門的大力支持下，在糧食行業(yè)內(nèi)、外廣大科技工作者近30年的共同努力下，糧情檢測(cè)技術(shù)不斷完善、提高、并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧情檢測(cè)系統(tǒng)，為安全、科學(xué)儲(chǔ)糧起到了積極作用。目前國(guó)內(nèi)己有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，但其基本功能無(wú)外乎糧倉(cāng)內(nèi)外溫濕度檢測(cè)、糧食內(nèi)部溫度檢測(cè)及分析、通風(fēng)機(jī)械的控制等幾項(xiàng)，鑒于糧食儲(chǔ)藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點(diǎn)放在了儲(chǔ)糧內(nèi)部溫度的檢測(cè)和分析上。糧情監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器的不同進(jìn)行如下分類（1）熱敏電阻以溫度變化導(dǎo)致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡(jiǎn)單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)糧情檢測(cè)系統(tǒng)中采用最多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高，室溫通常也較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號(hào)調(diào)節(jié)較為簡(jiǎn)單。但熱敏電阻也存在缺點(diǎn)，如是互換性差、溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系。（2）數(shù)字式溫度傳感器數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測(cè)控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是DALLAS的DS18X20系列溫度傳感器，其溫度檢測(cè)范圍為55125，檢測(cè)精度為05。DS18X20采用1WIRETM接口，封裝形式有PR35和SSOP16兩種，糧情測(cè)控系統(tǒng)中采用的是PR35封裝。DS18X20采用9個(gè)位表示測(cè)溫點(diǎn)的溫度值，每個(gè)DS18X20內(nèi)部都設(shè)置有一個(gè)單一的序列號(hào)，因此可以使多個(gè)DS18X20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。DS18X20內(nèi)部分為4個(gè)部分1、64位序列號(hào)；2、保存臨時(shí)數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)RAM；3、保存永久數(shù)據(jù)的2字節(jié)EEPROM；4、溫度傳感器。采用數(shù)字式溫度傳感器糧情測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同，只是用測(cè)控單元替代了智能分機(jī)、擴(kuò)充接線器替代了溫度分線器。測(cè)控單元與智能分機(jī)的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號(hào)數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是1WIRETM總線與上層通信總線之間的通信轉(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測(cè)控單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機(jī)是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使測(cè)控單元的電路設(shè)計(jì)更為容易。采用DS18X20溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)溫電纜與熱敏電阻測(cè)溫電纜大不相同，該測(cè)溫電纜最多只需3根導(dǎo)線即可連接多個(gè)DS18X20溫度傳感器。最為簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)是利用DS18X20可以通過(guò)數(shù)據(jù)線供電的特點(diǎn)，在測(cè)溫電纜中只放置兩根平行的細(xì)鋼絲繩即可連接多個(gè)DS18X20溫度傳感器，這樣不僅使測(cè)溫電纜的制造簡(jiǎn)便、成本下降，而且提高了測(cè)溫電纜的抗拉強(qiáng)度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點(diǎn)使得采用DS18X20溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)更適用于高大糧倉(cāng)（諸如淺圓倉(cāng)、立筒倉(cāng)）的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高大糧倉(cāng)在不需重新安裝測(cè)溫電纜的情況下更換測(cè)溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對(duì)位置。由于這種溫度傳感器的價(jià)格比熱敏電阻高出許多，所以DS18X20溫度傳感器糧情測(cè)控系統(tǒng)在房式倉(cāng)中應(yīng)用時(shí)不如熱敏電阻糧情測(cè)控系統(tǒng)更具有性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)。（3）光纖傳感器光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展的新技術(shù)，也是工業(yè)中用的最多的光纖傳感器之一。目前研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、半導(dǎo)體吸收式溫度傳感器、光纖熱色傳感器等。光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴。二系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)21方案設(shè)計(jì)方案一該案由單片機(jī)、模擬溫度傳感器AD590、運(yùn)算放大器、AD轉(zhuǎn)換器、LCD顯示電路、集成功率放大器、報(bào)警器組成。該方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測(cè)溫元件，傳感器測(cè)量的溫度變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運(yùn)算放大器交給信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅詈笸ㄟ^(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)，傳給單片機(jī)，單片機(jī)將溫度值進(jìn)行處理之后用LCD顯示，當(dāng)溫度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)開始報(bào)警。如圖21所示模擬溫度傳感器運(yùn)算放大器AD轉(zhuǎn)換鍵盤單片機(jī)LCD顯示模塊集成功放報(bào)警器圖21方案一溫度測(cè)量系統(tǒng)方案框圖方案二該方案使用了AT89C51單片機(jī)作為控制核心，以智能溫度傳感器DS1820為溫度測(cè)量元件，采用多個(gè)溫度傳感器對(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)鍵盤模塊對(duì)溫度上、下限設(shè)置，超過(guò)其溫度值就報(bào)警。顯示電路采用LCD1602模塊，使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器構(gòu)成報(bào)警電路。如圖12所示溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器鍵盤單片機(jī)LCD液晶顯示電路報(bào)警電路圖22方案二溫度測(cè)量系統(tǒng)方案框圖32方案論證方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器傳給處理器。它控制雖然簡(jiǎn)單，但電路復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)溫度測(cè)量和監(jiān)控。由于采用了多個(gè)分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，不容易出現(xiàn)誤差，測(cè)量結(jié)果不是很準(zhǔn)確，因此本方案并不可取。方案二采用智能溫度傳感器DS1820，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡(jiǎn)單，只需要模擬DS1820的讀寫時(shí)序，根據(jù)DS1820的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度。此方案硬件電路簡(jiǎn)單，但程序設(shè)計(jì)復(fù)雜一些，但是在課題外對(duì)DS1820、字符型液晶顯示有所了解，而且曾經(jīng)在網(wǎng)上看過(guò)此類程序設(shè)計(jì)，并且我們已經(jīng)使用開發(fā)工具KEIL用匯編語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，用仿真軟件PROTEUS對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，達(dá)到了預(yù)期的效果。由此可見，此方案的可行性，體現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)上也沒有任何問(wèn)題。綜上所述，本課題應(yīng)當(dāng)采用方案二對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。三溫度傳感器31溫度傳感器的選型311傳感器的選擇原則要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可以選用，哪一種原理的傳感器更為適合，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下具體問(wèn)題量程的大小被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求測(cè)量方式是接觸式的還是非接觸式的信號(hào)的引出方法傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格是否能承受。在考慮上述問(wèn)題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。傳感器的具體指標(biāo)有靈敏度，頻率響應(yīng)特性，線性范圍，穩(wěn)定性，精度等。這些參數(shù)并不是要求越高越好，因?yàn)橐笤礁卟粌H會(huì)帶來(lái)成本的提高，也會(huì)帶來(lái)信號(hào)處理的難度，噪音等問(wèn)題。在滿足檢測(cè)系統(tǒng)要求的前提下我們一般選擇價(jià)格便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。312溫度傳感器的選擇美國(guó)DALLAS半導(dǎo)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，而新的“一線器件”DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。單線數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)，以供單片機(jī)處理，克服了傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器不僅需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，還要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過(guò)程，測(cè)量精度難以保證的缺點(diǎn)，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(chǎng)溫度測(cè)量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。另外，DS18B20“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“接口采用單根信號(hào)線，既可以傳輸時(shí)鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。與其他數(shù)字溫度傳感器相比具有線路簡(jiǎn)單硬件開銷少，成本低、便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20的測(cè)量溫度范圍為55C125C，在1085C范圍內(nèi),精度為05C。DS1822的精度較差為2C。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以一線總線“的數(shù)字方式傳輸，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V55V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為05C。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的性能價(jià)格比也非常出色DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為2C，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。繼“一線總線“的早期產(chǎn)品后，DS18B20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(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。32溫度上、下限值的設(shè)定原理利用制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量對(duì)自然空氣進(jìn)行冷卻降溫、除濕,再通過(guò)風(fēng)機(jī)及糧倉(cāng)內(nèi)的通風(fēng)管道使冷卻后的空氣穿過(guò)糧堆,使糧食溫度降到15C以下進(jìn)行低溫儲(chǔ)藏的一項(xiàng)科學(xué)、先進(jìn)的糧食儲(chǔ)藏技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)可使糧食的低溫儲(chǔ)藏不受氣候條件的影響,即使在炎熱的夏季或雨季都可實(shí)現(xiàn)。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家特別是西歐國(guó)家已獲得了廣泛的應(yīng)用,對(duì)于保證糧食品質(zhì),安全儲(chǔ)藏糧食起著重要的作用。利用機(jī)械制冷方法將糧溫降到515C進(jìn)行低溫儲(chǔ)藏是一種科學(xué)、先進(jìn)的儲(chǔ)糧方式,具有以下特點(diǎn)（1）與常溫儲(chǔ)藏相比,低溫儲(chǔ)藏使糧食的呼吸活動(dòng)大大減弱,可延緩糧食的陳化,保持糧食的新鮮度并降低儲(chǔ)糧自然減量損失。糧食在10C時(shí)儲(chǔ)藏,由于呼吸產(chǎn)生的干物質(zhì)損失要比在20C和30C時(shí)儲(chǔ)藏少4倍和15倍。（2）當(dāng)糧溫達(dá)到13C時(shí),害蟲的繁殖和活動(dòng)就基本停止,糧溫降至10C時(shí)完全停止。因此低溫儲(chǔ)藏可以避免糧食遭受蟲害而造成的損失。在一些西歐國(guó)家,低溫儲(chǔ)糧已不需要進(jìn)行化學(xué)藥劑熏蒸殺蟲,從而改善了糧庫(kù)工人的工作環(huán)境,避免殘留藥劑對(duì)人們身體健康的危害。（3）因?yàn)槊咕任⑸锵矞?所以低溫儲(chǔ)糧使霉菌的活動(dòng)基本停止,可有效地防止糧食發(fā)生霉變。（4）對(duì)糧食進(jìn)行機(jī)械制冷降溫,使得糧食在高于安全水分時(shí)儲(chǔ)藏成為可能,因此可以提高儲(chǔ)糧和加工單位的效益。對(duì)于稻谷,最適合的碾磨水分是15左右,但常溫下稻谷儲(chǔ)藏的安全水分是13514,加工前需進(jìn)行人工增濕,使稻谷易于產(chǎn)生爆腰,碾磨的整米率下降。若采用人工冷卻降溫方法,稻谷可在15水分下安全儲(chǔ)藏見表31,從而提高稻谷碾磨的整米率,同時(shí)減少儲(chǔ)糧水分減量損失。在西班牙的一個(gè)碾米廠,采用機(jī)械制冷低溫儲(chǔ)藏稻谷后提高整米率20。對(duì)于10000噸的糧食儲(chǔ)量,在15的水分下儲(chǔ)藏,可減少儲(chǔ)糧單位水分減量損失116173噸。表31糧溫為10C時(shí)糧食水分與安全儲(chǔ)藏期的關(guān)系糧食水分糧食安全儲(chǔ)藏期月120155812155175610175185461852001420023005223025002505四系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)41系統(tǒng)工作原理綜述基于單片機(jī)的單總線多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以AT89C51為中心期間，以KEIL為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺(tái)，以匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以PROTEUS作為仿真軟件設(shè)計(jì)而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報(bào)警電路組成，電路圖如附錄XXXX一所示。DS1820是智能溫度傳感器，它的輸入、輸出采用數(shù)字量，通過(guò)單總線，接收主機(jī)發(fā)送的命令，根據(jù)DS1820內(nèi)部的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)值以串口形式發(fā)給主機(jī)，主機(jī)按照通訊協(xié)議用一個(gè)IO口模擬DS1820時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS1820，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，用字符型液晶顯示模塊顯示各點(diǎn)的溫度值。在系統(tǒng)啟動(dòng)之時(shí)，可以通過(guò)按鍵設(shè)置各點(diǎn)溫度的上限值和下限值，當(dāng)某點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)置值時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。每個(gè)DS1820有自己的序列號(hào)，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上接了4個(gè)DS1820，通過(guò)CRC校驗(yàn)，對(duì)各個(gè)DS1820的ROM進(jìn)行尋址，地址符合的DS1820才作出響應(yīng)，接收足跡命令，向主機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種DS1820尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡(jiǎn)單。DS1820雖然有測(cè)溫簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，單在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意一下幾點(diǎn)1較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(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)。2在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820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。3連接DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50M時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150M，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹Ｒ虼耍谟肈S1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。4在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)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(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。42DS1820與單片機(jī)接口電路DS1820可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS1820的1管腳接地，2腳作為信號(hào)線接單片機(jī)的I/O口，電源與數(shù)字輸入管腳間需接一個(gè)47K的電阻，3管腳接電源，如圖41所示。另一種是寄生電源方式，如圖42所示。單片機(jī)端口接單片機(jī)總線，為保證在有效的DS1820時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于些存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10S。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送端接口必須是三態(tài)的。單片機(jī)VCCDQGNDVCC47K圖41DS18B20采用電源供電方式的電路圖單片機(jī)VCCVCCDS18B20DS18B20DS18B2047K圖42DS18B20采用寄生電源的電路圖421單片機(jī)89C51為本系統(tǒng)的核心單片機(jī)是把微機(jī)主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又叫單片控制器SINGLECHIPMICROCONTROLLER。通常，一個(gè)微計(jì)算機(jī)由微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備組成，而微型計(jì)算機(jī)則包括微處理器CPU，存儲(chǔ)器存放指令或數(shù)據(jù)的ROM,RAM等，輸出/輸入口I/O口及其它功能部件如定時(shí)/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)等。它們通過(guò)地址總線AB,數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB連接起來(lái)。通過(guò)輸入/輸出口線與外部設(shè)備及外圍芯片相連。CPU中配置有指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中配有駐機(jī)監(jiān)控程序，系統(tǒng)操作軟件及用戶應(yīng)用軟件。由于單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)主要集成在一塊芯片上，故可以把單片機(jī)看成一個(gè)不帶外部設(shè)備的微計(jì)算機(jī)。相當(dāng)于一個(gè)沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機(jī)。其結(jié)構(gòu)如圖43所示時(shí)鐘復(fù)位CPUROMRAM定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)I/O口外部設(shè)備圖43微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)圖單片該系統(tǒng)所用單片機(jī)為MCS51系列單片機(jī)，其管腳分類及引腳功能分類如圖44所示控制口線/PESN片外取指控制、ALE（地址鎖存控制）、/EA（片外存儲(chǔ)器選擇、RESET復(fù)位控制。電源及時(shí)鐘VCC，VSS；XTAL1、XTAL2圖44MCS51系列單片機(jī)引腳圖其應(yīng)用特性I/O口線不能都用作用戶I/O口線。除8051/8751真正可完全為用戶使用的1/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時(shí)的P3口。I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，PO口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路，P1,P2,P3則只能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門。P3口是雙重功能口，其雙重功能由管腳圖可見。三總線結(jié)構(gòu)單片機(jī)和管腳除了電源復(fù)位，時(shí)鐘接入，用戶1/O口外，其余管腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些管腳構(gòu)成了三總線形式，即1地址總線AB。地址總線寬度為16位，因此其外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為64K字節(jié)。16位地址總線由PO口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址AOA7P2口直接提供高8位地址A8A15。2數(shù)據(jù)總線DB。數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由PO口提供。3控制總線CB。由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線RESET,/EA,ALE,/PSEN組成。AT89C51是ATMEL公司的8位FLASH單片機(jī)系列，這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有FLASH存儲(chǔ)器，因此，在應(yīng)用中有廣泛的前景和用途，特別是在便攜式，省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。89系列單片機(jī)若干優(yōu)點(diǎn)1內(nèi)部含F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中可以十分容易進(jìn)行程序修改，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中能有效保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不會(huì)影響到信息的保存2與80C51插座兼容，用相同引腳的89系列單片機(jī)可直接取代80C51的單片機(jī)。3靜態(tài)時(shí)鐘方式，89系列單片機(jī)采用靜態(tài)的時(shí)鐘方式所以可以節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。4錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生，一般的OTP產(chǎn)品，一旦編程編誤即成廢品，而89系列的單片機(jī)內(nèi)部采用了FLASHMEMORY，所以錯(cuò)誤編程之后仍可重新編程，直到正確為止，故不存在廢品。5可進(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗(yàn)，用89系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)，每次試驗(yàn)可以編入不同的程序，這樣保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，而且，隨用戶的需要和發(fā)展，還可以修改，使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。89C51在89系列單片機(jī)中屬標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)，它和MCS51系列單片機(jī)兼容。內(nèi)部有4K可重復(fù)編程的FLASHMEMORY，可進(jìn)行1000次擦寫操作，全靜態(tài)工作為033MHZ，有三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定，有內(nèi)部含128256字節(jié)的RAM,32條可編程的110端口，有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，有通用串行接口，有低電壓空閑及電源下降方式。中斷有6級(jí)。422中央處理器AT89C51簡(jiǎn)介（1）AT89C51具有以下幾個(gè)特點(diǎn)AT89C51與MCS51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；片內(nèi)有4K字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器；全靜態(tài)工作，工作范圍OHZ24MHZ；三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密；128X8位內(nèi)部RAM；32位雙向輸入輸出線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；五個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)；一個(gè)全雙工的異步串行口；間歇和掉電工作方式。（2）AT89C51的串行接口1數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF中直接尋址的專用寄存器。在物理上它對(duì)應(yīng)兩個(gè)寄存器，一個(gè)發(fā)送寄存器和一個(gè)接收寄存器CPU寫SBUF就是修改發(fā)送寄存器讀SBUF就是讀取接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以防出現(xiàn)兩幀數(shù)據(jù)重疊。發(fā)送時(shí)不用雙緩沖，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生寫重疊的問(wèn)題。2串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器SCON格式如表41D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1表41串行口控制寄存器SCON格式AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入/擦除100。次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與MCS51系列單片機(jī)在引腳和指令系統(tǒng)上完全兼容，不僅可以完全代替MCS51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具備許多MCS51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長(zhǎng)度小于4K，四個(gè)1/O口全部提供給用戶。可用5V電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需10MS，僅為8751/87C51的擦除時(shí)間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不必拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬27V6V，全靜態(tài)工作，工作頻率寬，在OHZ24HZ內(nèi)，比8751/87C51等51系列的6MHZ12MHZ更具靈活性，系統(tǒng)能快能慢。AT89C51提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。（3）時(shí)鐘設(shè)置與CPU時(shí)序振蕩器151系列單片機(jī)片內(nèi)含有一個(gè)高增益的反向放大器，通過(guò)XTAL1、XTAL2外接反饋元件的晶體便成為自激振蕩器，接法如圖45，晶體成感性，與C1、C2構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體；電容的值則是微調(diào)作用，通常取30PF左右。單片機(jī)30PF30PFC1C2XTAL1XTAL2圖45外接晶體接法CPU時(shí)序2振蕩器輸出的震蕩脈沖經(jīng)2分頻成為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，用作單片機(jī)內(nèi)部各功能不見按時(shí)序協(xié)調(diào)工作的控制信號(hào)。其周期也成為時(shí)鐘周期（或則狀態(tài)周期）。6個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成一個(gè)機(jī)器周期。指令周期以機(jī)器周期為單位。若采用6MHZ晶振，則單指令周期和雙指令周期執(zhí)行時(shí)間分別為2S和4S，ALE引腳輸出的脈沖周期為1S。（4）復(fù)位方式為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，復(fù)位電路是必不可少的一部分。復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路工作需要供電電源為5V士5，即475525V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)475V以及晶休振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)撤除，微機(jī)電路開始工作。微機(jī)電路在運(yùn)行中受到干擾后，容易出現(xiàn)CPU程序“跑飛”盲目運(yùn)行甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。此時(shí)復(fù)位信號(hào)有效，使微機(jī)系統(tǒng)重新恢復(fù)正常運(yùn)行。這種監(jiān)視CPU運(yùn)行的電路稱為WATCHDOG電路。51系列單片機(jī)的復(fù)位（RST）引腳只要出現(xiàn)10MS以上的高電平，單片機(jī)就會(huì)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后程序的入口地址為0000H，單片機(jī)工作在寄存器0組，堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元建立，P0P3口輸出全為1，中斷系統(tǒng)禁止工作。與其它計(jì)算機(jī)一樣，51系列單片機(jī)系統(tǒng)常常有上電復(fù)位和操作復(fù)位兩種方法。所謂上電復(fù)位，是指計(jì)算機(jī)上電瞬間，要在RST引腳上出現(xiàn)寬度大于10MS三萬(wàn)正脈沖，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，常見的復(fù)位電路如圖46所示。上電時(shí)5V電源經(jīng)R對(duì)C3充電，C3上電壓建立的過(guò)程就是負(fù)脈沖的寬度，經(jīng)倒相后，RST上出現(xiàn)正脈沖使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。按鈕按下同樣使RST實(shí)現(xiàn)高電平，實(shí)現(xiàn)了操作復(fù)位。圖46常見復(fù)位電路43DS18B20簡(jiǎn)介及測(cè)溫電路設(shè)計(jì)美國(guó)MAXIM公司的子公司DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在內(nèi)部使用了板ON一BOARD專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三級(jí)管的集成電路內(nèi)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的DS18BZO體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。431DS18B20的性能特點(diǎn)（1）獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊；（2）在DS18B20中的每個(gè)器件上偶有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)，因此多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；（3）實(shí)際應(yīng)用中不需要任何外部器件即可實(shí)現(xiàn)（4）可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3055V；（5）零待機(jī)功耗（6）數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇（7）用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置（8）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（9）負(fù)溫度特性，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、432DS18B20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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖47所示引腳定義1DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；2GND為電源地；3VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。圖47DS18B20的管腳排列圖DS18B20采用3角PR35封裝或8角SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖48所示64位ROM和單線接口電流檢測(cè)存儲(chǔ)器和控制器高速緩存存儲(chǔ)器8位CRC生成器溫度敏感元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器圖48DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件（1）光刻ROM中的64位序列號(hào)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(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRCX8X5X41）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。（2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以00625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。表42DS18B20溫度值格式表BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0LSBYTEBIT15BIT14BIT13BIT12BIT11BIT10BIT9BIT8MSBYTE2223212021222324SSSSS262524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00625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00625即可得到實(shí)際溫度。例如125的數(shù)字輸出為07D0H，250625的數(shù)字輸出為0191H，250625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(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)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。表43DS18B20溫度數(shù)據(jù)表TEMPERATUREDIGITALOUTPUTBINARYDIGITALOUTPUTHEX125000001111101000007D0H8500000101010100000550H25062500000001100100010191H10125000000001010001000A2H05000000000000100000008H0000000000000000000000H051111111111111000FFF8H101251111111101011110FF5EH2506251111111001101111FE6EH551111110010010000FC90HTHEPOWERONRESETVALUEOFTHETEMPERATURERESISTERIS85THE（4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如表44所示表44配置寄存器結(jié)構(gòu)低五位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，如下表所示（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）分辨率設(shè)置如表45所示表45溫度值分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位9375MS0110位1875MS1011位375MS1112位750MS由表45可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長(zhǎng)，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。TMR1R011111433高速暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表46所示。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(chǔ)器的第0和第1個(gè)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)格式如表1所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算當(dāng)符號(hào)位S0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。表43是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。表46DS18B20暫存寄存器分布根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，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(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)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(hào)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(hào)表示復(fù)位成功。表47ROM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS1820ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS1820使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS1820的讀寫作準(zhǔn)備。寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位0溫度值高位1高溫限值TH2低溫限值TL3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC檢驗(yàn)8搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS1820的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。表48RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動(dòng)DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為500MS（典型為200MS）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器0BEH內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。重調(diào)EEPROM0B8H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式。寄生供電時(shí)DS1820發(fā)送“0”，外接電源供電DS1820發(fā)送“1”。434DS18B20單總線1一WIRE的基本原理1概述單總線LWIRE均是MAXIM全資子公司DALLAS的一項(xiàng)專有技術(shù)。與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式，如SPI/I2C/CROWIRE不同，它采用單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向，它具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。1一WIRE單總線適用于單個(gè)主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)位于總線上時(shí)，系統(tǒng)可按照單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作而當(dāng)多個(gè)從機(jī)位于總線上時(shí)，則系統(tǒng)按照多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個(gè)部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號(hào)方式信號(hào)類型和時(shí)序。DS18B20的測(cè)溫原理圖如圖49所示斜率累加器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)比較器預(yù)置溫度寄存器減到0增加高溫度系數(shù)振蕩減法計(jì)數(shù)器2減到0停止圖49DS18B20測(cè)溫原理圖圖49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)晶振隨溫度變化其晶振頻率明顯改變，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，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(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55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、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55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)置減到時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(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)停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖410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)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，知道溫度寄存器仍達(dá)到被測(cè)溫度值。2命令序列典型的單總線命令序列如下第一步初始化第二步ROM命令跟隨需要交換的數(shù)據(jù)第三步功能命令跟隨需要交換的數(shù)據(jù)。每次訪問(wèn)單總線器件，必須嚴(yán)格遵守這個(gè)命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。但是，這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)于搜索ROM命令和報(bào)警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機(jī)不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。1初始化基于單總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開始的，初始化過(guò)程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。2ROM命令在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一64位ROM代碼相關(guān)，允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。這些命令還允許主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。從機(jī)設(shè)備可能支持5種ROM命令實(shí)際情況與具體型號(hào)有關(guān)，每種命令長(zhǎng)度為8位。主機(jī)在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。ROM命令主要包括搜索0F0H、讀ROM33H、匹配ROM55H、跳越ROM0CCH、報(bào)警搜索0ECH。3功能命令在主機(jī)發(fā)出ROM命令，以訪問(wèn)某個(gè)指定的單總線器件，接著就可以發(fā)出單總線器件支持的某個(gè)功能命令。功能命令主要包括轉(zhuǎn)換溫度44H、讀暫存器0BEH、寫暫存器4EH、復(fù)制暫存器48H、回讀EEPROM0B8H、讀供電方式0B4H等。3信號(hào)方式所有的單總線器件要求采用嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫O、寫1、讀0和讀1。所有這些信號(hào)，除了應(yīng)答脈沖以外，都由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)。并且發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前，這一點(diǎn)與多數(shù)串行通信格式不同多數(shù)為字節(jié)的高位在前。4軟件程序設(shè)計(jì)主機(jī)控制DSL8820完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。單片機(jī)系統(tǒng)所用晶振頻率為110592MHZ，根據(jù)DSL8820的初始化、寫和讀時(shí)序，分別編寫3個(gè)子程序TXRESET為初始化子程序，WRBYTE為寫命令或數(shù)據(jù)子程序，RDBYTE為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度值程序的流程如圖410所示。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHZ，根據(jù)DSL8820的初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，分別編寫了三個(gè)子程序INT為初始化子程序，WRITE為寫命令或數(shù)據(jù)子程序，READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始。DATEQUP10INTCLREAINTL0SETBDATMOVR2，200INTL1SETB