基于DS18B20的智能調(diào)溫系統(tǒng)--結(jié)題報(bào)告

1、中北大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)練習(xí)工程結(jié)題報(bào)告工程名稱： 基于DS18B20的智能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)學(xué) 院名稱蓋章: 儀器與 電子學(xué)院工程負(fù)責(zé)人：旺延中北大學(xué)教務(wù)處制隨著科技的進(jìn)步,人類(lèi)物質(zhì)生活的提升,人們對(duì)自動(dòng)化、智能化的要求越來(lái)越高, 各種自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,逐漸代替耗時(shí)、耗力、效率低的人工操作,溫控系統(tǒng)便是其中 一種.在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等諸多領(lǐng)域中,人們都需要對(duì)各類(lèi)設(shè)備中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控 制,比方熱反響爐,農(nóng)業(yè)中的蔬菜大棚,大型糧倉(cāng) .溫度限制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇 到的過(guò)程限制,有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的限制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,因而設(shè) 計(jì)一種較為理想的溫度限制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的.本工程采用

2、51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行限制,不僅具有限制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大 等優(yōu)點(diǎn),而且可以大幅度提升被控溫度的技術(shù)指標(biāo),從而能夠大大提升產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量. 使用DS18B2CB度傳感器,由于它具有微型化、低功耗、高性能、抗十?dāng)n水平強(qiáng)、易配微 處理器等優(yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè),通過(guò)檢測(cè)環(huán)境溫度,傳送給單片機(jī),單片機(jī)通過(guò) 分析、比較,發(fā)出相應(yīng)的指令,進(jìn)行報(bào)警 并做相關(guān)處理；當(dāng)環(huán)境溫度高于預(yù)設(shè)值時(shí),開(kāi) 啟制冷設(shè)備風(fēng)扇模擬,同理,環(huán)境溫度低于預(yù)設(shè)值時(shí),開(kāi)啟制熱設(shè)備模擬,當(dāng)溫度一段時(shí)間仍為到達(dá)理想值,可以加大功率.用申口將采集到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控.本工程不僅可以應(yīng)用到實(shí)際中提升生產(chǎn)效率,減

3、少損失、增加產(chǎn)量,更重要的是可以 拓展我們大學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域,增強(qiáng)我們的動(dòng)手水平,將所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中,更好的到達(dá)書(shū)本知識(shí)與實(shí)際生活接軌,增強(qiáng)大學(xué)生的個(gè)人素質(zhì)！關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；溫度限制系統(tǒng)；DS18B2如度傳感器目錄1引言 41.1溫度限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、開(kāi)展歷史及意義 41.2溫度限制系統(tǒng)的目的 41.3溫度限制系統(tǒng)完成的功能 42 總體設(shè)計(jì)方案 52.1方案一 52.2方案二 53 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介 93.1溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介 93.2 DS18B20的工作原理 93.2.1 DS18B20 工作時(shí)序 93.2.2 ROM操作命令 113.3 DS18B20的測(cè)溫原理

4、 113.3.1 DS18B20 的測(cè)溫原理： 113.3.2 DS18B20的測(cè)溫流程 124單片機(jī)接口設(shè)計(jì) 134.1設(shè)計(jì)原那么 134.2引腳連接 134.2.1 晶振電路 134.2.2 申口引腳 134.2.3其它引腳 135系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 145.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 145.1.1 主板電路設(shè)計(jì) 145.1.2各局部電路 145.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 165.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 165.2.2系統(tǒng)程序流圖 165.3調(diào)試 206總結(jié) 21附錄 20參考文獻(xiàn) 391引言1.1溫度限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、開(kāi)展歷史及意義溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù),隨著社會(huì)的開(kāi)展,科技

5、的進(jìn) 步,以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,智能化已是現(xiàn)代溫度限制系統(tǒng)開(kāi)展的主流方向.特 別是近年來(lái),溫度限制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面,但溫度限制一直是一個(gè)未開(kāi)發(fā) 的領(lǐng)域,卻乂是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題.針對(duì)這種實(shí)際情況,設(shè)計(jì)一個(gè)溫度限制 系統(tǒng),具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義.溫度是一個(gè)重要的物理量,它反映了物體冷熱的程度,與自然界中的各種物理和化學(xué) 過(guò)程相聯(lián)系.在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中,各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度緊密相聯(lián),溫度的準(zhǔn)確監(jiān) 測(cè)及限制占據(jù)著極其重要地位.比方,發(fā)電廠鍋爐的溫度必須限制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反響的工藝過(guò)程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行等.沒(méi)有適宜的溫度環(huán)境,許多 電子

6、設(shè)備就不能正常工作,糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€,灑類(lèi)的品質(zhì)就沒(méi)有保證.可見(jiàn),溫 度的測(cè)量和限制是非常重要的.隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速開(kāi)展,單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣 泛.利用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行限制的技術(shù)也隨之而生,并日益開(kāi)展和完善,且越來(lái)越顯示出 它的優(yōu)越性.1.2溫度限制系統(tǒng)的目的本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測(cè)試限制系統(tǒng),限制對(duì)象是溫度.溫度限制在日常生活及工業(yè)領(lǐng) 域應(yīng)用相當(dāng)廣泛,比方溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場(chǎng)所的溫度限制.而以往溫度限制是 由人工完成的而且不夠重視,其實(shí)在很多場(chǎng)所溫度都需要監(jiān)控以預(yù)防發(fā)生意外.針對(duì)此問(wèn) 題,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度限制系統(tǒng),它應(yīng)用廣

7、泛,功能 強(qiáng)大,小巧美觀,便于攜帶,是一款既實(shí)用乂廉價(jià)的限制系統(tǒng).1.3溫度限制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與限制,設(shè)計(jì)的溫度限制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了根本的溫度限制功 能：通過(guò)檢測(cè)環(huán)境溫度,傳送給單片機(jī),單片機(jī)通過(guò)分析、比較,發(fā)出相應(yīng)的指令,進(jìn)行 報(bào)警 并做相關(guān)處理；當(dāng)環(huán)境溫度高于預(yù)設(shè)值時(shí),開(kāi)啟制冷設(shè)備風(fēng)扇模擬,同理,環(huán)境溫度低于預(yù)設(shè)值時(shí),開(kāi)啟制熱設(shè)備模擬,當(dāng)溫度一段時(shí)間仍為到達(dá)理想值,可以加大 功率.液晶LCD1602即時(shí)顯示溫度,精確到小數(shù)點(diǎn)一位.2總體設(shè)計(jì)方案 2.1方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì),可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng),在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái),進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換

8、后,就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理,在顯示電 路上,就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái),這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路,感溫電路比較麻煩.2.2方案二考慮使用溫度傳感器,結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì),采用一只DS18B2瑚度傳感器,直接讀取被測(cè)溫度值,之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換,依次完成設(shè)計(jì)要求.比較以上兩種方案,很容易看出,采用方案二,電路比較簡(jiǎn)單,軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn), 故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二.在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖 1.1所示,它由三局部組成：限制局部主芯片采用 單片機(jī)AT89S52顯示局部采用液晶lcd1602實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度采集局部采用DS18B2如度傳感器.LED顯示AT89S52DS18B20加熱O 降溫單片

9、機(jī)5 指示燈圖21溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案1. 限制局部單片機(jī)AT89S52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)應(yīng)用三節(jié)電池供電.2. 顯示局部顯示電路采用lcd1602液晶顯示.3. 溫度采集局部DS18B2 0溫度傳感器是美國(guó)DALLAS*導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感 器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比,它能直接讀出被測(cè)溫.這一局部主要完成對(duì)溫度信號(hào)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)的接口局部組成. 數(shù)字 溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的 P2.

10、0 口,單片機(jī)接受溫 度并存儲(chǔ).此局部只用到DS18B20和單片機(jī),硬件很簡(jiǎn)單1DS18B20的性能特點(diǎn)如下9:1獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2多個(gè)DS18B2河以并聯(lián)在惟一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；3無(wú)須外部器件；4可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍為 3.05.5V;5零待機(jī)功耗；6溫度以3位數(shù)字顯示；7用戶可定義報(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)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.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B2咪用3腳PA 35封裝,如圖1.2所示；DS18B20勺內(nèi)部結(jié)構(gòu),如圖3所 示.引地?cái)?shù)據(jù)線可

11、選圖 2 - 2 DS18B20 封裝3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四局部組成5:MSB164位光刻ROM開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào),接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào),共 有48位,最后8位是前56位的CR鍛驗(yàn)碼,這也是多個(gè)DS18B2河以采用一線進(jìn)行通信 的原因的.64位閃速ROM勺結(jié)構(gòu)如下.8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼10H表2 - 1 ROM吉構(gòu)LSB MSBLSB MSBLSB存儲(chǔ)器和限制邏輯 I1溫度傳感器暫存器 一*1上限觸發(fā)f H圖2 3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值.3高速暫存存儲(chǔ),可以設(shè)置 DS18B20S度轉(zhuǎn)換

12、的精度.DS18B2如度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAMK一個(gè)非易失性的可電擦除的E2PRAM高速暫存RAM勺結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器,結(jié)構(gòu)如圖1.3所示.頭2個(gè)字節(jié)包 含測(cè)得的溫度信息,第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝,是易失的,每次上電復(fù)位時(shí)被刷新. 第5個(gè)字節(jié),為配置存放器,它的內(nèi)容用丁確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率.DS18B2直作時(shí)存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值. 它的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖1.3 所示.低5位一直為1, TM是工作模式位,用丁設(shè)置DS18B20S工作模式還是在測(cè)試模式.表2 2 DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)Byte0溫度測(cè)量值LSB 50HByte1

13、溫度測(cè)量值 MSB 50HE2PROMByte2TH高溫存放器TH高溫存放器Byte3TL低溫存放器TL低溫存放器Byte4配位存放器配位存放器Byte5預(yù)留FFHByte6預(yù)留0CHByte7預(yù)留IOHByte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)CRC2非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值.3高速暫存存儲(chǔ),可以設(shè)置 DS18B20S度轉(zhuǎn)換的精度.DS18B2W廠時(shí)該位被設(shè)置為0,用戶要去改動(dòng),R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù),來(lái)設(shè) 置分辨率,如圖1.4.圖2 3 DS18B20字節(jié)定義TMR1R011111由表1.1可見(jiàn),分辨率越高,所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng).因此,在實(shí)際應(yīng)用中

14、要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮.高速暫存RAMM勺第6、7、8字節(jié)保存未用,表現(xiàn)為全邏輯1.第9字節(jié)讀出前面所有 8字節(jié)的CRCB,可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù),從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性.當(dāng)DS18B2O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)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù),讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625 C/ LSB形式表示.當(dāng)符號(hào)位S= 0時(shí),表示測(cè)得的溫度值為正值,可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制； 當(dāng)符號(hào)位S= 1時(shí),表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值,要先將補(bǔ)碼變成原碼,再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值. 表1.2是一局部溫

15、度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù) 回.表2 4 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750表2 5 一局部溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/ c二進(jìn)制表小十六進(jìn)制表小+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111

16、1111 0000FFF8H續(xù)表2 5-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H4) CRC的產(chǎn)生中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告在64 b 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勺前56 位來(lái)計(jì)算CRCB,并和存入DS18B2M的CRCB做比較,以判斷主機(jī)收到的 RO吸據(jù)是否 正確.另外,由丁 DS18B20I線通信功能是分時(shí)完成的,它有嚴(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勺各種操作按協(xié)議進(jìn)行.操作協(xié)

17、議為：初使化DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖t發(fā)ROMft能命令t發(fā)存儲(chǔ)器操作命令t處理數(shù)3 DS18B2 0溫度傳感器簡(jiǎn)介3.1溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介溫度的測(cè)量是從金屆物質(zhì)的熱脹冷縮開(kāi)始.水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì) 量標(biāo)準(zhǔn).可是它的缺點(diǎn)是只能近距離觀測(cè),而且水銀有蠹,玻璃管易碎.代替水銀的有灑 精溫度計(jì)和金屆簧片溫度計(jì),它們雖然沒(méi)有蠹性,但測(cè)量精度很低,只能作為一個(gè)概略指 示.不過(guò)在居民住宅中使用已可滿足要求.在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指 示,出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測(cè)方法,常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等.它們都是基丁溫度變化引起其物理參數(shù)如電阻值

18、,熱電勢(shì)等的變化的原理.隨著大規(guī)模集成電路工藝的提升,出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器.3.2 DS18B20的工作原理3.2.1 DS18B20工作時(shí)序根據(jù)DS18B20勺通訊協(xié)議,主機(jī)限制 DS18B2洗成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫(xiě)之前都必須要對(duì) DS18B20行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM旨令；3. 最后發(fā)送RAM旨令,這樣才能對(duì)DS18B20行預(yù)定的操作.復(fù)位要求主CPLU務(wù)數(shù)據(jù)線下拉500微秒,然后釋放,DS18B20攵到信號(hào)后等待1560 微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖,主CPLB到此信號(hào)表示復(fù)位成功.其工作時(shí) 序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序,具

19、體工作方法如圖2.1 , 2.2 , 2.3所示.1初始化時(shí)序S_81 次等待 15-60主機(jī)復(fù)位脈沖最小480US -主機(jī) 最小480IP: T響應(yīng)脈kT*沖 60240中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告圖3- 1初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的,主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖.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.主機(jī)輸出低電平,保持低電平時(shí)間至少480us,以產(chǎn)生復(fù)位脈沖.接著主機(jī)釋放總線,4.7KQ上拉電阻將總線拉高,延時(shí)1560us,并進(jìn)入 接受模式,以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖,假設(shè)為低電平,再延時(shí)480us12.主機(jī)寫(xiě)0時(shí)序主機(jī)寫(xiě)1時(shí)序F版樣 1545J S (2)

20、寫(xiě)時(shí)序JL1匚&削采T樣 1545 S*圖3-2寫(xiě)時(shí)序?qū)憰r(shí)序包括寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序.所有寫(xiě)時(shí)序至少需要60us,且在2次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序 之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間,都是以總線拉低開(kāi)始.寫(xiě) 1時(shí)序,主機(jī)輸出低電平,延時(shí) 2us,然后釋放總線,延時(shí)60us.寫(xiě)0時(shí)序,主機(jī)輸出低電平,延時(shí)60us,然后釋放總線, 延時(shí) 2us8.(3) 讀時(shí)序主機(jī)寫(xiě)0時(shí)序主機(jī)寫(xiě)1時(shí)序圖3 - 3讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是,才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù),所以,在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序,以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù).所有讀時(shí)序至少需要 60us,且在2次 獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間.每個(gè)讀時(shí)序都由主

21、機(jī)發(fā)起,至少拉低總線1us 主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線,并且在時(shí)序起始后的 15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài).主機(jī)輸出41 低電平延時(shí)2us,然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us,然后讀取總線當(dāng)前電平,然后延時(shí)50us3.2.2 ROM操作命令當(dāng)主機(jī)收到DSI8B20的響應(yīng)信號(hào)后,便可以發(fā)出ROM作命令之一,這些命令如表2.2 : ROM操作命令.3.3 DS18B20的測(cè)溫原理3.3.1 DS18B20的測(cè)溫原理:每一片DSI8B20在其RO帕都存有其唯一的48位序列號(hào),在出廠前已寫(xiě)入片內(nèi)RO. 主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀 ROM(33H令將該DSI8B20的序列號(hào)讀出.程序可以先跳過(guò) ROM啟動(dòng)所

22、有DSI8B20進(jìn)行溫度變換,之后通過(guò)匹配 ROM再逐一 地讀回每個(gè)DSI8B20的溫度數(shù)據(jù).DS18B20勺測(cè)溫原理如圖2.4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,用丁產(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)翻開(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 -55 C所對(duì)應(yīng) 的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器中,減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55 C 所對(duì)應(yīng)的

23、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)溫度存放器的值將加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),停止溫度存放器值的累加,此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值即為所測(cè)溫 度.圖2.3中的斜率累加器用丁補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性,其輸出用丁修正減法計(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,直至溫度存放器值到達(dá)被測(cè)溫度值.告警搜索0ECH執(zhí)行后,只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或者下限的片子才做續(xù)表3- 1告警搜索0ECH 執(zhí)行后,只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或

24、者下限的片子才做指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20 ROMP的編碼符合ROM155H發(fā)出此命令之后,接著發(fā)出64位ROMS碼,訪問(wèn)單線總 線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20使之作出響應(yīng),為下一 步對(duì)該DS18B20勺讀寫(xiě)作準(zhǔn)備搜索ROM1 0F0H用丁確定掛接在同一總線上DS18B20勺個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROMft址,為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)ROM1 0CCH忽略64位RO觀址,直接向DS18B20溫度變換命令, 適用丁單片工作.命令出響應(yīng)溫度變換44H啟動(dòng)DS18B2C行溫度轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500MS結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RA讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RA 9字節(jié)的內(nèi)容寫(xiě)暫存器4EH

25、發(fā)出向內(nèi)部RAM勺第3, 4 W寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令, 緊跟讀命令之后,是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將E2PRA咖第3, 4 W內(nèi)容復(fù)制到 E2PRAIM重調(diào)E2PRAM4 0BBH將E2PRA咖內(nèi)容恢復(fù)到RAMfr的第3, 4字節(jié)讀供電 方式0B4H讀DS18B20勺供電模式,寄生供電時(shí) DS18B2破送“0, 外接電源供電DS18B2CK送“1另外,由丁 DS18B20I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勺各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行.操作協(xié)議為：初始化DS18B20發(fā) 復(fù)位脈沖t發(fā)ROMft能命令t發(fā)存儲(chǔ)器操作命令t處理數(shù)據(jù).圖3-4

26、測(cè)溫原理內(nèi)部裝置3.3.2 DS18B20的測(cè)溫流程圖3 - 5 DS18B20測(cè)溫流程中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告4單片機(jī)接口設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)原那么DS18B2河以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時(shí)DS18B2附1腳接地,2腳作為信號(hào)線,3腳接電源.另一種是寄生電源供電方式,如圖 3.1所示單片機(jī)端 口接單線總線,為保證在有效的 DS18B20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.本設(shè)計(jì)采用電源供電方式,P1.1 口接單線總線為保證在有效的DS18B20寸鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個(gè) MOSFEP 89S52的P2.0來(lái)完成對(duì)總線 的上拉

27、.當(dāng)DS18B2CM丁寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D變換操作時(shí),總線上必須有強(qiáng)的上拉, 上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10 p s.采用寄生電源供電方式是 VDd和GNDS均接地.由丁單線制 只有一根線,因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的.主機(jī)限制DS18B2洗成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：初始化；ROMS作指令；存儲(chǔ)器操作指令.4.2引腳連接4.2.1 晶振電路單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容,中間再并個(gè)12MHZ的晶振,形成單片 機(jī)的晶振電路.4.2.2申口引腳P0 口接9個(gè)2.2K的排阻然后接到顯示電路上.P2.0溫度傳感器DS18B20如圖3.1 所示.GNDVCC圖4- 1 DS18B20與

28、單片機(jī)的接口電路P1 口連接液晶的數(shù)據(jù)傳輸引腳.P2 口中P2.5接蜂鳴器電路,其他引腳懸:空P3 口中P3.4、P3.6接液晶的使能端.4.2.3其它引腳ALE弓I腳懸空,復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、VCC接電源、VSS接地、EA接電源中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告5系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 5.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.1.1主板電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的P2.0接DS18B20勺2號(hào)引腳,P1 口送液晶顯示,P2.1、P2.2限制加熱器和 電風(fēng)扇.如附錄2.5.1.2各局部電路(1) 顯示電路顯示電路采用了液晶lcd1602顯示,節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口,便丁程序的編寫(xiě)_ 1 6000000000000000 1

29、6R 25 )jr1令o圖5- 1顯示電路圖(2) 單片機(jī)電路UIArassMmi 2P12 3Pll 4P14 5pi？ ePl fl 7P17 SRS I 9P3fi0P5111PJ112pnPM 1PSS15PM 16PS717IE】9pifl i20P1OvccP11POOP12PO1P13PO2P14PD3P15PQ4P16PD5prPO6RESETPO,P3OEAP31ALEP32PSENP33pPMP16P3*P25P36P24P37XTALlXTAL2PllvssP20齡偵38P0137PQZ36P0335MM34PO？33PO632rtr3】30_ 29vcc2&P1727P

30、tf16P3325P2421m23P2222Ml21P20圖5-2單片機(jī)電路引腳圖DS18B20溫度傳感器電路圖5-3溫度傳感器電路引腳圖(4)晶振限制電路30pFTI1 Y130pF 工 12MHZ圖5-5晶振限制電路圖復(fù)位電路S1 RJiSHT圖5-6復(fù)位電路圖5.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.2.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能,首先必須有較完善的硬件作保證.同時(shí)還必須得到相 應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持,尤其是微機(jī)應(yīng)用高速開(kāi)展的今天,許多由硬件完成的工作,都 可通過(guò)軟件編程而代替.甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作,用軟件編 程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單,如數(shù)字濾波,信號(hào)處理等.因此充

31、分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和 軟件資源,采用與S51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的c語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程.程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言.機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂 的語(yǔ)言,用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱為源程序最終都必須譯成機(jī)器語(yǔ)言的 程序成為目標(biāo)程序,計(jì)算機(jī)才能“看懂,然后逐一執(zhí)行.高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言,它可通過(guò)丁各種不同的計(jì)算機(jī),用戶編程時(shí) 不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng),而且語(yǔ)句的功能強(qiáng),常常一個(gè)語(yǔ)句已 相當(dāng)丁很多條計(jì)算機(jī)指令,丁是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快,也便丁學(xué)習(xí)和交流, 但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語(yǔ)言.原因在丁,本系統(tǒng)是編制程序

32、工作量不大、規(guī)模較小的單 片機(jī)微限制系統(tǒng),使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間,適合丁存 儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng).同時(shí),本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高,需要解決大量的邏輯限制問(wèn)題.MCS 51指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短,它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率, 編成的程序占用內(nèi)存單元少,執(zhí)行也非常的快捷,與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合.而且MCS 51指令系統(tǒng)有豐富的位操作或稱位處理指令,可以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令 子集,這是MCS51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一.對(duì)丁要求反響靈敏與限制及時(shí)的工控、 檢測(cè)等實(shí)時(shí)限制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化產(chǎn)品,可以充分表達(dá)出匯 編語(yǔ)言簡(jiǎn)明、整潔、執(zhí)行

33、時(shí)間短和易丁使用的特點(diǎn).本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫(xiě)入子程序、以及有 關(guān)DS18B2的程序初始化子程序、寫(xiě)程序和讀程序5.2.2系統(tǒng)程序流圖系統(tǒng)程序主要包括主程序,讀出溫度子程序,復(fù)位應(yīng)答子程序,寫(xiě)入子程序等.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、 讀出并處理DS18B20勺測(cè)量的當(dāng)前溫度值,溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次.這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度,其程序流程見(jiàn)圖19所示.通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)局部與小數(shù)局局部開(kāi)存放在不同的兩個(gè) 單元中,然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)圖5-7主程序流程圖讀溫度命令子程序圖5-8讀出溫度子程序2讀出溫度子

34、程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RA的9字節(jié),在讀出時(shí)需進(jìn)行CRCK驗(yàn),校驗(yàn) 有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě).12位數(shù),小數(shù)4位,整數(shù)7位,DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格,所以必須根據(jù)所要求的時(shí)序才能到達(dá)預(yù)期的 目的,同時(shí),要注意讀進(jìn)來(lái)的是高位在后低位在前,共有 還有一位符號(hào)位.3復(fù)位、應(yīng)答子程序中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告圖5-10寫(xiě)入子程序4寫(xiě)入子程序圖5-9復(fù)位、應(yīng)答子程序中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告5系統(tǒng)總的流程圖圖5-11系統(tǒng)總的流程圖5.3調(diào)試主程序的功能是：?jiǎn)?dòng)DS18B20測(cè)量溫度,將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較,假設(shè)測(cè)得溫度 小丁設(shè)定值,那么進(jìn)入加

35、熱階段,這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi),等 待下一次的啟動(dòng)命令.當(dāng)測(cè)得溫度大丁設(shè)定值,那么進(jìn)入降溫階段,這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告監(jiān)測(cè),直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi),關(guān)閉風(fēng)扇,等待下一次的啟動(dòng)命令.參數(shù)測(cè)試:實(shí)際溫度v14.319.222 217,818.5測(cè)芾結(jié)果V14.72.121.918.619. 16總結(jié)本設(shè)計(jì)使用的溫度限制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.該智能溫 度限制器只是DS18B20&溫度限制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例,還有許多需要完善的地方,例如 可以將測(cè)得的溫度通過(guò)單片機(jī)與通訊模塊相連接,以 短消息的方式發(fā)送給用戶,使用 戶能夠

36、隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控.此外,還能廣泛地應(yīng)用丁其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,如建筑, 倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè).本溫度限制系統(tǒng)可以應(yīng)用丁多種場(chǎng)合,像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控 制.用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途,有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值.中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報(bào)告附錄程序源代碼：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ds=P2A2;溫度傳感器信號(hào)線sbit beep=P2A1;蜂鳴器sbit lcden=P3A6;sbit lcdrs=P3A4;uint temp=0;float f_temp=0.0;uint warn_l1=180;uint warn_l2=170;uint warn_h1=270;uint warn_h2=260;sbit led0=P0A3;sbit led1=P0A7;/*延時(shí)函數(shù) */void delay(uint z)(uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*18b20*/*void dsreset(void)(uint i;ds=0;i