1、環境監控智能結構設計第1章引言1.1 概述環境監控是一個重要的課題，特別是在工業應用場合中。通過對設備儀器的工作狀況的監控，能夠檢測設備儀器的各種的工作異常情況，從而避免設備儀器由于環境的惡化而出現故障而蒙受經濟損失；而設備儀器一般都有一定的溫度的環境因數特性，在不同的工作環境下其性能會有稍微的變化，在精密的儀器和設備中，這種性能的變化往往是噪聲系統的誤差，從而降低了系統的性能，這種變化可以看成固定的變化，可以通過補償的方法修正或者消除，從而提高系統的性能穩定性。所以有必要通過某種方法檢測不同的環境參數，諸如溫度、濕度、電網電壓、電磁干擾等。1.2 目前國內外研究現狀目前溫度檢測儀表種類繁多，

2、常用的溫度檢測儀表如圖1-1所示。丁固體制眠式；系金屬溫度計等廣題*“1液體膨脹式；水銀或仃機液破璃溫度計充氣體式扭力式充液體式充有機茜汽“出m.金屬型，伯熱電組或刷熱電陽超電阻式半導體型:熱觸電陷西通型熱電偶裳面熱電偶常用溫度檢網位*用電偶式鎘射式標布化拈電偶I非接觸式L特殊材蚪熱電網全物射式v光學式I比色式熱敏射測式博腹式熱電偶快速陽耗型熱電密 I鉆黑熱也偶紅外線苴,無噌探利式格電探測:式圖1-1常見溫度檢測儀表近年來，隨著工業生產效率的不斷提高，自動化水平與范圍的不斷擴大，對溫度檢測技術的要求也愈來愈高，各國專家都在有針對性地競相開發各種特殊而實用的測溫技術，并取得了重大進展。新一代溫度

3、檢測元件如圖1-2所示。熱敏二極管型f晶體管溫度傳感器熱敏晶體三極管型熱敏晶閘管型電壓型模擬式”J集成溫度傳感器SL電流型'|十數字式I智能溫度傳感器）新型溫度傳感囂,電容溫度傳感器光纖溫度傳感器核磁共振溫度傳感器熱噪聲溫度傳感器激光溫度傳感器I德波溫度傳感器圖1-2新一代溫度檢測元件1.3 課題設計的目的和意義各種環境參數中，其中最關鍵也最常見的一個參數就是溫度參數。在實際應用中，由于設備的溫度過高或者過低，造成的工作故障比比皆是，在普通的工作場合中，可以通過溫度計人為的檢測環境的溫度，但是這種方法不方便，并且精度不高，操作性差，無法實現全自動生產。特別在對于可靠性要求很高的生產場合

4、中，是不允許有差錯的出現，因為溫度造成的故障會帶來非常惡劣的效果。所以在現代的工業場所中，大體上都是采用溫度濕度自動控制系統，通過總線把各個地方的溫濕度信息送到集中處理計算機，進行監控。傳統的方式一般采用熱電偶或熱電阻，其輸出的模擬信號，需要經A/D轉換后才能送入單片機等微處理器，這樣的硬件電路結構復雜，制作成本較高。近年來，各種新型溫度傳感器和測量方法大量出現并成功應用。單總線數字式智能型傳感器技術徹底改變了傳統的溫度測量方法，在糧庫測溫系統、冷庫測溫系統、智能化建筑控制系統、中央空調系統等多種系統中都需要多點溫度測量系統。因此，多點溫度測量技術實現尤為重要。本課題基于以上的目標，制作一個綜

5、合的測試系統，可以同時檢測多路系統的溫度信息，并將溫度信息實時的上傳到上位機以供后續處理?；贏T89C5印片機、C語言和DS18B20專感器的多點溫度測量系統設計，并對系統實際運行的結果數據進行分析。論文研究在理論和實踐方面均具有重要意義，主要表現在：1 .降低測量成本。測量現場的智能傳感器測得被測對象的數據信息后，通過網絡傳輸給精密測控儀器或高檔次微機去分析處理，既節約了人力物力，又提高了貴重復雜設備的利用效率。2 .提高了測量精度。論文通過溫度傳感器DS18B2眥取12Bit溫度數據，進行計算處理，使溫度數據可精確到小數點后4位，這在科學研究及工農業生產中都具有重要價值。3 .實現了報警

6、測控和資源共享。添加了蜂鳴器模塊，設置了溫度的限度并且在PC終端上進行測量和數據采集，可以遠程監控過程和數據，使測量跨越了空間和時間的限制，并且能實現測量設備和測量信息等資源的共享。1.4 論文主要內容根據現有測溫系統的缺點，我們提出了一種新型的測溫方案，具有以下4個特性：1 .采用新型的數字溫度傳感器，簡化測溫電路。2 .數字信號傳輸，利于有干擾現場的應用。3 .建立溫度采集電路和PC機之間的中行通信，實現溫度數據的實時傳輸；并設計了溫度信息數據庫，實現對溫度信息的存查詢、顯示和報表打印等功能，方便溫度場的分析和模擬。4 .最大限度地減少布線工作量，降低系統的資金投入。為了達到上述4個目標，

7、我們提出了多點智能測溫系統的方案，并為這個方案的實施找到了技術上的支持：1）選擇DALLAS司生產的DS18B20乍為數字溫度傳感器，一條單總線上可掛接多個DS18B20很方便地組成多點測溫系統，分辨率可達0.0625C；且省去了傳統的A/D轉換單元，簡化測溫電路。2）設計了實用的雙層總線結構，分別是室內測溫層和溫度數據傳輸層。3）采用單總線作為室內測溫層總線，簡化布線工作；通過RS232總線實現溫度采集電路和PC機之間的中行通信。實時溫度高精度測量，本系統能夠通過多個溫度傳感器（3x7的矩陣）實時檢測被測對象的溫度信息，測量精度精確到小數點后4位。在測量現場通過LCD顯示模塊SMC1602A

8、!行本地顯示。根據實際需要，所檢測的溫度點數是可以擴展的。1.5 多點溫度測量系統整體結構分析論文研制的基于智能傳感器的多點溫度測量系統的整個測量系統的結構框圖如圖1-3餐癡器T空調機DS18B2024co4處理控制能元海登傳®器b）液晶顯示模塊c）溫度處理控制模塊d）中行接口1-3測量系統的結構框圖其主要功能是在現場對被測溫度進行采集、 計算和處理，其中主要包括以下5 個部件的設計：第2章多點環境監測系統的總體設計2.1 具體方案1.1 難發現現場總線的數字化正好解決了本系統要求的第1、2特性，而現場總線所具有的多點通信的功能又為第3、4項特性的實現掃清了道路。因此，能否選擇一種適

9、合于多點溫度測量系統的總線結構就成為本系統成敗的關鍵。目前國際上的現場總線種類繁多，沒有統一的標準。既然系統設計是為了完成預期的功能，那么我們完全可以自主構建一個總線結構。溫度傳感器的選擇是本系統的關鍵。由于智能溫度傳感器采用數字化技術，能以數據形式輸出被測溫度值，具有測溫誤差小、分辨力高、抗干擾能力強、用戶可設定溫度上下限、具有超限自動報警功能，并且帶中行總線接口，適配各種微控制器，因此我們采用智能溫度傳感器。我們采用DALLA引導體公司生產的新型數字溫度傳感器DS18B20因為和其他數字溫度傳感器相比，它更適合本系統，比較結果見表2-1所示。可見DS18B20具有測溫準確度高、總線掛接負載

10、能力強的優勢。它集溫度測量、報警監測和數據通信多種功能于一體，并且兼容于DALLAS司提出的單總線，可以很方便的組成底層總線。由于這層總線的主要功能是完成變風量空調實驗室內溫度的檢測，所以稱之為測溫層總線。表2-1數字溫度傳感器的比較傳感器使用總線測溫準確度測量范圍（C）總線最多掛接傳感器數量LM751A2c3c-25+1008LM74SPI3c-55+1258MAX65751-Wire0.8C-55+1258DS18201-Wire0.5C-55+12580100DS18B201-Wire0.5C-55+12580100,分辨力可編程測溫層總線由AT89C52單片機進行控制，單片機完成對總線

11、上所有DS18B20發布命令和接收數據。另外，它還是溫度傳輸層總線不可缺少的一部分。單片機在獲取溫度數據后需要進一步和PC機通信。本系統中只有一個單片機和PC進行中行數據通信，通信距離在10m以內，因此選擇RS-232標準作為申行數據通信的物理層協議。這層總線結構主要實現溫度數據的傳輸，所以稱之為溫度傳輸層總線。系統的總體結構框圖如圖2-1所示。AT89C52單片機P1口的8條口線作為8條單總線，每條單總線上掛接DS18B20因此完全可以滿足此系統溫度場測量的需要。溫度傳輸層RS232總線單片機MAX232E圖2-1測溫系統總體結構框圖1.2 系統主要技術參數系統主要技術參數：1、檢測范圍：0

12、.0099.9C2、可擴充到：-55+125C3、檢測誤差：±0.5C4、采樣速率：30分鐘5、硬件平臺：微型計算機采用普通的PC機6、軟件平臺（1）Windows操作系統（2）應用軟件溫度數據的采集與處理數據的串行通信與存儲功能1.3 本論文中元器件的選擇1.3.1 數字溫度傳感器概述在20世紀90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉換器，其測溫精度較低，分辨率只能達到1C。目前國外己相繼推出多種高精度、高分辨率的數字溫度傳感器，所采用的是912位A/D轉換器，分辨率一般可達0.50.0625C。由美國DALLAS導體公司新研制的DS1624型高分辨率數字溫度傳感

13、器，能輸出13位二進制數據，其分辨率高達0.03125C,測溫精度為土0.2C。為了提高多通道數字溫度傳感器的轉換速率，也有的芯片采用調整逐次逼近式A/D轉換器。以AD781況5通道數字溫度傳感器為例，它對本地傳感器、一路遠程傳感器的轉換時間分別為27us、9uso新型數字溫度傳感器的測試功能也在不斷增強。例如，DS1629型單線數字溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC）,使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內部256Byte的EA2PROlW儲器，可存儲用戶的短信息。另外，數字溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發展，這就為研究和開發多路溫度測控系統創造了良好條件。數字溫度

14、傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉換模式、待機模式，有的還增加了低溫極限擴大模式，操作非常簡便。對某些數字溫度傳感器而言，主機（外部微處理器或單片機）還可通過相應的寄存器來設定其A/D轉換速率（典型產品為MAS6625）數字溫度控制器適配各種微控制器，構成智能化溫控系統；他們還可以脫離微控制器單獨工作，自行構成一個溫控儀。目前，數字溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規范化，所采用的總線主要有單線（l-wire）總線、|a2c總線、SMBUSS、線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。數字溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適合各種微控

15、制器（MCU）并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現測量功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發水平。本論文研制的溫度檢測系統要檢測的溫度范圍為0.0000C99.0000C,可選用的常用溫度傳感器有集成溫度傳感器、熱電偶、熱電阻等。集成溫度傳感器(如AD590DS18B20等)使用方便，信號易于調理，它們的測溫范圍普遍窄，一般在200c以下，基本可以滿足要求。熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一，其優點是測量精度高、測量范圍廣，常用的熱電偶從-50C+1600C均可連續測量。但需要采用電路或軟件設計等修正方法來補償冷端t0W0C時對測溫的影響，使用不便。熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。它的主

16、要特點是測量精度高，性能穩定,使用方便，測量范圍為-200C600C,完全滿足要求，考慮到鋁電阻的測量精確度是最高的，但在價格方面偏貴，所以本課題最終選擇DS18B20乍為實際應用的溫度傳感器。DS18B2O字溫度彳感器是DALLA宓司生產的1-Wire,即單總線器件，具有線路簡單、體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統，具有線路簡單、能耗低、可靠性高的優點。DS18B20*身包括寄生電源、溫度傳感器、64bit激光ROM單線接口、存放中間數據的高速暫存器(內含便箋式RAM)存儲與控制邏輯、用于存儲用戶數據的溫度上下限值的TH和TL觸發器、結構寄存器8bit循環冗余校驗碼(CRC)發生器等8

17、部分。它通過編程可實現9Bit至12Bit的數字值讀數方式，在93.75ms和750ms內，能將溫度值轉化為9Bit和12Bit的數字量。而且DS18B20與單片機之間的通信是利用1-Wire方式，只要在編程方面多注意這個傳感器的時序問題，就能大大簡化這個系統的硬件規模，使系統結構更趨簡單，同時，可靠性更高。并且能準確地讀取溫度信號，進而后續處理。所以選擇DS18B20乍為本論文的溫度傳感器很符合設計思路。1.3.1.1 DS18B20性能參數介紹DS18B20®度傳感器特點如下：(1)獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊。(2)在DS18B2(fr的每個器件上都有獨一無二的64位

18、的序列號存儲在內部存儲器中。(3)實際應用中不需要外部任何元器件即可實現測溫，簡單地多點分布式測溫應用測量溫度范圍在-55C到+125C之間。(5)可通過數據線供電。供電范圍為3.0V5.5V。(6)數字溫度計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警設置，內部有溫度上、下限告警設置T0-92封裝的DS18B2W度傳感器的弓唧排歹I見圖2-2所示。氐耳一省三OS 滔K二 TX.8I maI DOI GMOS笆汽SOI匚溝一匚CSU禍，SB圖2-2DS18B20引腳圖DS18B2W度傳感器的引腳功能描述如表2-2所示,表2-2DS18B20引腳功能描述8引腳封裝0-9

19、封裝符號說明51GND接地。42DQ數據輸入/輸出弓1腳。對于單線操作：漏極開路。當工作在寄生電源模式時用來提供電源(建“寄生電源”節)33VDD可選的VDD5I腳。工作與寄生電源模式時VDD必須接地。DS18B2(rt部結才如圖2-3所示，主要由4部分組成：64bitROM溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器圖2-3DS18B20內部結構圖1.3.1.2 DS18B20的測溫原理DS18B20勺測溫原理如圖2-4所示，它運用了一種將溫度直接轉換為頻率的時鐘計數法。圖2-4中低溫度系數振蕩器的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1;高溫度系數振蕩

20、器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在-55C所對應的基數值。計數器1對低溫度系數振蕩器產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器中的值將加1,計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數振蕩器產生的脈沖信號進行計數，如此循環，直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度，斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正減法計數器1的預置值。預置-I三一計數比較據-1rqi低溫度系數施期器IM喊嬴效器1II預置Ii增加1減到口溫度寄存器上停止高溫度系

21、數振蕩雅其減法計數器2J減到0圖2-4DS18B20測溫原理框圖1.3.1.3 DS18B20自動搜索算法由于系統使用了多片DS18B20構成溫度傳感器網絡，因此，如何準確、有效地對每一溫度傳感器進行尋址成為該系統設計的一個核心問題。結合DS18B20的實際特點和系統的需求，提出如下解決方案：首先利用DS18B20的內部報警上限寄存器（如表2-3所示，以下簡稱“TH寄存器"）存放溫度傳感器的編號，并將其編號貼在溫度傳感器表面。由于TH寄存器具有掉電不丟失數據功能，因此，便把每片DS18B20的唯一64位注冊碼及其編號對應起來。這一過程需要對DS18B20進行單獨編程。然后，將確定好編

22、號的溫度傳感器接入單線網絡，利用DS18B20特有的單線網絡自動搜索功能，即可搜尋到每片DS18B20的注冊碼，再利用該注冊碼和相應的ROMIS作指令，即可從每片DS18B20的TH寄存器中讀出相應的設定編號，實現每片DS18B20的尋址功能。下面重點介紹一下該自動搜索功能。每片DS18B20有唯一的64位注冊碼，存儲在只讀存儲器（ROM汨，其結構如下：表2-3TH寄存器MSB64位注冊碼LSB8位CRCK驗碼48位序列號8位家庭碼其中低8位是產品的工廠代碼（DS18B20為28H）,接著是每個器件的唯一序號，共48位，最高8位是前56位的循環冗余校驗碼。這就準許總線主機對總線上特定的DS18

23、B20!行尋址。只有與64位注冊碼嚴格相符的DS18B20才能對后續的操作作出反應。所有與64位注冊碼不符的DS18B20將等待復位脈沖。搜索算法首先通過復位和在線應答脈沖時序將單線總線上的所有DS18B20復位。成功地執行該操作后發送1字節的搜索命令，使所有連接到單總線的DS18B20準備就緒，開始進行搜索操作。搜索命令發出之后，開始實際的搜索過程。首先，總線上的所有DS18B20同時發送注冊碼中的第1位（最低有效位，參見上述DS18B20內部64位注冊碼結構）。按照單總線的特性，當所有DS18B20R時應答主機時，結果相當于全部被發送數據位的邏輯“與"。DS18B20g送其注冊碼

24、的第1位后，主機啟動下一位操作，接著DS18B20g送第1位數據的補碼。從兩次讀到的數據位可以對注冊碼的第1位作出幾種判斷，如表2-4所列。然后，主機向總線上的所有器件發回一個指定位。如果DS18B20中注冊碼的當前位的值與該數據位匹配，則繼續參與搜索過程；若DS18B20的當前位與之不匹配，則該器件轉換到等待狀態并保持等待狀態，直到下一個復位信號到來。其余63位注冊碼的搜索依然按照這種讀2位寫l位的模式進行重復操作。按照這種搜索算法進行下去，最終除了唯一一個DS18B2C#,所有DS18B20等進入等待狀態，經過最后一輪檢測就可得到最后保留未進入等待狀態的DS18B20的注冊碼。在后續搜索過

25、程中選用不同的路徑或分支來查找其他器件的注冊碼，即可完成所有器件注冊碼的識別。表2-4兩次數據位與結論對照表位（實際值）位（補碼）結論00當前位既有0,又有1,存在差異01當前位均為010當前位均為111總線上沒有器件響應DS18B20內部存儲器如圖2-5所示。它由便箋式RAM和非易失性可電擦寫EA2RAM&成。DS18B20勺高速暫存寄存器的存儲分配圖：便箋RAM字節e/am溫度低字節0溫度高字節1報警上限，用戶定義字節12報警上限/用戶定義字節】報警下限/用戶定義字節23報警下限,用戶定義字節2超置字節4配置字節保留5保留6保留7CRCS圖2-5DS18B20高速暫存寄存器的存儲分

26、配圖高速便箋式存儲器中的第4個字節為配置寄存器，它的內容用于確定溫度轉換的分辨率。該字節各位的定義如下:TMR1R011111MSBLSB第04位在寫操作時不予考慮，讀出時總是“1”；第7位是測試模式位，用于設置DS18B20ft工作模式還是在測試模式，在DS18B20B廠時該位被設置為0,即工作模式，用戶不要去改動，R1、R0是可編程溫度分辨率位。通過對這兩位進行不同的編程，可設定不同的溫度分辨率和最大轉換時間，詳見表2-5o由表2-5可見，設定的分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間就越長。因此，在實際應用中要在分辨率和轉換時間之間權衡考慮。DS18B2aB廠在R1和R0均被配置為“1”，即

27、工作在12位模式下。表2-5設定分辨率和最大轉換時間R1R0DS18B20勺工作模式溫度分辨率/c最大轉換時間（m§0090.593.7501100.25187.510110.12537511120.0625750當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換，轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第0、1字節。在執行讀便箋RAM0T令后，可將這兩個字節的溫度值傳送給總線命令者。DS18B23：作在12位模式下，溫度字節的位定義如下：SSSSS2A62A52A4MSB高字節LSB2A32A22A12A02A-12A-22A-32A-4MSB低

28、字節LSB其中S為符號位，S為0時代表溫度值為正，S為1時代表溫度值為負。當DS18B2CC：作模式依次選擇11位、10位和9位時，末尾為零的低位數就分別對應于一位、兩位和三位，舉例說明，當工作模式選擇10位時，最低兩位（即2一4位和23位）均為。總有效位變成10位。其中，數字位占9位，符號位占1位。對應的溫度計算二當符號位S=0時，直接將二進制數轉換為十進制，乘以相應的溫度分辨率即可，當S=1時，先把16位二進制數求補碼后轉化成十進制數，然后乘以相應的溫度分辨率并在前面加上負號即可。DS18B20X作在12位分辨力時初始值默認為+85C,部分溫度與數字輸出的對應關系見表2-6。表2-6DS1

29、8B20溫度與數字輸出的對應關系溫度（C）數字輸出（二進制）數字輸出（十六進制）+125000001111101000007D0+8500000101010100000550+25.062500000001100100010191+10.125000000001010001000A2+0.500000000000010000008000000000000000000000-0.51111111111111000FFF8-10.1251111111101011110FF5E-25.06251111111001101111FE6F-551111110010010000FC90非易失性溫度報警觸發器

30、TH和TL,可通過軟件寫入用戶設定的報警上、下限。在完成溫度轉換后，DS18B2CB把測得白溫度值T同THTL作比較。若T>TH或T<TL則將該器件的報警標志置位，并對總線命令者發出的報警搜索命令作出響應。1.3.1.4 DS18B20編程設計由于DS18B2原用白是1-Wire總線協議方式，即在一根數據線上實現數據的雙向傳輸，而對單片機嵌入式系統來說，硬件上并不支持單總線協議，因此，論文必須采用軟件編程的方法通過模擬單總線的協議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。DS18B20®過嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。通信協議規定了復位脈沖、應答脈沖、寫0

31、、寫1、讀0和讀1等幾種信號的時序。除了應答脈沖，其余信號均由主CPU空制。主CPU!過時序（亦稱作“時間片”）來寫入或t出DS18B2（fr的數據。時序用于傳輸數據位和指定何種操作的命令字。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。每次對DS18B20B勺訪問，都必須按下面工作流程進行：初始化ROMS作指令一存儲器操作指令一數據處理。DS18B2的用戶提供了5個ROMT令

32、和6存儲器命令，而具體命令信息的傳送，則主要通過初始化時序、讀時序、寫時序三個基本時序單元的組合來實現。DS18B20M有以下幾種基本的控制命令，如表2-7。由微控制器向DS18B2C®送相應命令，完成對溫度傳感器的操作。表2-7DS18B20控制命令ROM類命令代碼說明讀ROM33H讀DS18B20勺序歹口號匹配ROM55H根據編碼值查找器件，用于多個DS18B20寸的定位跳過ROMCCH跳過讀取編碼值操作搜索ROMF0H識別總線上各器件的編碼,為操作各器件做好準備報警搜索ROMECH搜索報警器件存儲器類讀暫存器BEH從高速暫存器讀取溫度值和CRCB寫暫存器4EH將數據寫入高速暫存

33、器中第2和第3字節復制暫存器48H將高速暫存器中第2和第3字節復制到EA2RAM重調EA2RAMB8H將EA2RAMft容寫入高速暫存器中第2和第3字節讀供電方式B4H讀取DS18B20I勺供電方式溫度轉換44H啟動在線的DS18B20故溫度轉換下面對論文中所用的初始化、讀寫DS18B20?序分別作分析1.初始化單線總線上的所有處理過程均從初始化開始。初始化包括首先由主CPU發出一個復位脈沖，然后由從屬器件發出應答脈沖，通知主CPUW0 崎 nininiun等銬餌埼一 4S0minimun tELSBM）存王料沖%,總線GHD強S3含.父總防制器位電平DS1髓2端電中電鬧上拉圖2-6DS18B

34、20初始化時序波形圖初始化開始時CPUT先發出一個復位信號，將單線總線上所有DS18B20r位;然后釋放單線總線，改成接收狀態，單線總線被上拉電阻R拉成高電平。在檢測到此上升沿后，DS18B2琳要等待1560uS才向主CPU發出響應脈沖。初始化過程的時序波形如圖2-6所示。此后便可對ROMRAMS行操作。圖2-7初始化流程圖DS18B200始化子程序:; 初始化DS18B20-Init_1820 : SETB TMDAINOPCLR TMDAIMOV R0 #150DJNZ RQ $SETB TMDAINOPNOPNOPMOV R0 #15DJNZ RQ $MOV R0 #30TSR2 JNB

35、 TMDAT TSR3DJNZ R0, TSR2AJMP TSR4TSR3 SETB FLAGIAJMP TSR5TSR4 CLR FLAGIAJMP TSR7TSR5 MOV R0 #120TSR6 DJNZ RQ TSR6TSR7 SETB TMDATRET;TMDA為微處理器Pl.0口;初始化開始，主機發延時脈沖;拉高數據線;等待60us;等待DS18B2C0應;等待最大時間為240us;置標志位，表示DS18B20ff在;清標志位，表示DS18B2不存在;時序要求延時480us;拉高數據線2.寫時序主cpurnF0線（即單線總線，亦稱數據線）從高電平拉至低電平時，作為一個寫周期的開始。

36、寫時序包括兩種類型：寫1時序，寫0時序。寫1或寫0時序時必須保持至少60us,在兩個寫周期之間至少要有lus的恢復期。DS18B20ftI/O線變為低電平后的1560us的時間內進行采樣。若I/O線為高電平，即認為寫入了一位l;若I/O線為低電平，即認為寫入了一位00主CPUS開始寫1周期時，必須將I/O線拉至低電平，然后再釋放，15us內將I/O線拉成高電平。主CPUft開始寫0周期時，也應將I/O線拉至低電平，并保持60us的時間。3.讀時序當主CPU將I/O線從高電平拉成低電平時，就作為一個讀周期的開始，并且I/O線保持低電平的時間至少為lus。DS18B20勺輸出數據在讀時序下降沿過后

37、的15us內有效。在此期間，主CPUE釋放I/O線，使之處于輸入狀態以便讀取數據。經過15us后讀時序結束，I/O線經外部上拉電阻又變成高電平。讀取一位數據至少需要60us時間，并且在兩位數據之間至少要有lus的恢復期。讀寫時序的波形如圖2-8。鼠1!=£|£: 上擔里辛蹋五出用Q電 閆殂上拉圖2-8讀寫時序圖寫DS18B2航程圖:寫DS18B20f程序命令寫入DS18B20Write_1820:MOVR2#8次寫入8Bit數據CLRC;累加器進位清0WRICLRTMDATMOVR3#4;按時序要求延時DJNZR3$RRCAMOVTMDATC庫將1Bit數據由移至寄存期CY

38、寫入DS18B20MOVR3#15DJNZR3$;按時序要求延時，保證數據寫入SETBTMDATNOPDJNZR2WRI;分8次寫入一個字節的數據SETBTMDAT;一個字節數據寫完后拉高總線電平RET讀DS18B20子程序：從DS18B20實取溫度數據;從DS18B20中讀出2Byte的溫度數據，分別放入 28H, 29HRead_1820 MOV R4 #2 出MOV R1 #29HRE00 MOV R2 #8RE01: CLR CSETB TMDAINOP;將溫度高低位分別從DS1SB20勺暫存器內讀;低位存29H,高位存28H;數據共8Bit;清進位CLR TMDAINOPNOPSET

39、 TMDAI MOV R3 #1 DJNZ R3 $ MOV C TMDAI MOV R3 #15 DJNZ R3 $ RRC ADJNZ R2 RE01MOV R 1ADEC R1DJNZ R4 RE00 RET;按時序準備讀取溫度數據;將1Bit溫度數據讀入C;延時保證讀入1Bit數據;將IByte數據寫入累加器A;將DS1SB201低位數據存入寄生電源和外接電源方式，連接方法如圖2-11所示。DS18B20M種供電方式:AT8X51連接其它單總線翳件+5V.7WP1.0DS18B201GND(h)外接電源供電方式+5V圖2-11DS18B20兩種供電方式寄生電源方式下，DS1SB20勺V

40、DD®和GNW都接地，只用一根單總線和主機通信及獲取電源。單總線上接4.7k的上拉電阻，和DS18B2*片的寄生電容形成充放電電路；外接電源方式下，DS18B20勺VDD®外接一個+3+5V電源，GNW接地?？梢娂纳娫捶绞娇梢允〉粢桓娫淳€，大大較低了布線的成本，但是當總線上節點較多且同時進行溫度轉換時，容易造成供電不足且所需的轉換時間較長。外接電源方式穩定可靠，測量速度較快。所以本系統采用外接電源供電方式。2.3.2 AT89S52微控制器相關介紹論文采用AMTE公司生產的AT89S52散處理器對DS18B20!行讀寫操作，并處理計算溫度數據。AT89S52是美國ATM

41、E公司生產的低功耗、高性能CM0ssbit單片機，片內含4Kbytes的可系統編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用AMTEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準8051指令系統及引腳，它集Flash程序存儲器即可在線編程（ISP）編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATME公司的功能強大，且芯片價格便宜，因此，近年來得到了極其廣泛的應用。L.11i3.7*7圖2-12單片機外觀圖AT89S52單片機的外觀圖、基本結構及其引腳設定見圖2-12,圖2-13,圖2-14所示。圖2-13單片機結構圖E*nV)-ecrvl二 OYI-3£(雪 0 sn 昱 l £ n o

42、liexzarl CZVJ 工 dn y & n wss £ m WJ中Nd門.一口 duozoLJ二* lx zu攵 u w 眩 u叫£ (隹) USEdh匚 u F£s二 口 sdLLLNP 口 HE迄石z L 室(口Kt 口 QExsg u L ul i bosJ u5L1(osw u q LL(范 ord u * E u £汰 E £u LLa圖2-14單片機引腳圖AT89S5綜構特點如下：(l)、8位CPU(2)、片內震蕩及時鐘電路；(3)、32根I/O線；(4)、外部存儲器尋址范圍ROMRAM&64K;(5)、2個1

43、6位的定時器/計數器；(6)、5個中斷源，2個中斷優先級；、全雙工串行接口。AT89S52單片機的存儲器結構特點之一是將程序存儲器和數據存儲器分開,并有各自的尋址機構和尋址方式，這種結構稱為哈佛結構單片機。這種結構與通用微機的存儲器結構不同，一般微機只有一個存儲器邏輯空間，可隨意安排ROM®RAM訪存時用同一種指令，這種結構稱為普林斯頓型。AT89S52單片機在物理上有四個存儲空間：片內程序存儲器和片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器。AT89S52片內有256Kb數據存儲器RAMF口4KB的程序存儲器ROM除此之外，還可以在片外擴展RAMF口ROM并且各有64KB的尋址范

44、圍。也就是最多可以在外部擴展2*64KB存儲器AT89S52的存儲器組織結構如圖2-15所示。CFFF0000FT?100C肉部舫It加1外部外群FFF?外部oooc圖2-15單片機存儲器組織結構圖2.3.3 DM-1602液晶顯示器簡介論文采用DM-1602液晶顯示器作為顯示器。該模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分2行16個字。該模塊內部的字符發生存儲器（CGROM）經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等。和其他模塊相比，該模塊功耗低、體積小、重量輕、壽命長，并且不需要CCFLT光逆變器和DC

45、-DO示驅動電源，與MCUS口簡單等特點。主要技術參數如表2-8所示，接口信號說明如下表2-9所示。表2-8DM-1602技術參數顯示容量16*2字符芯片工作電壓4.55.5V工作電流2.0m(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95*4.35(WXHmm表2-9DM-1602引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2DataI/O2VDD電源止極10D3DataI/O3VL偏壓信號11D4DataI/O4RS數據/命令12D5DataI/O5R/W讀/寫13D6DataI/O6E使能端14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光正極8D1DataI/O

46、16BLK背光負極外形尺寸如圖2-16所示圖2-161602外形尺寸接下來介紹DM-1602夜晶顯示器的程序設計。1 .指令說明1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表2-8所示，它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（注：1為高電平、0為低電平）。2 .DM1602液晶顯示器基本操作時序讀狀態：輸入：RS=LRW=HE=H輸出：D0D7默態字寫指令：輸入：RS=LRW=LD0D7指令碼，E*脈沖輸出：無讀數據：輸入：RS=HRW=HE=H輸出：DOD微據寫數據：輸入：RS=HRW=LDOD微據，E二高脈沖輸出：無表2-10DM-1602指令表指令RSR/WD7D

47、6D5D4D3D2D1D0清顯示0000000001光標返回000000001*置輸入模式00000001I/DS顯示開/關控制0000001DCB光標或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符發生存儲器地址0001字符發生存儲器地址（AGG置數據存儲器地址001顯示數據存儲器地址（ADD讀忙標志或地址01BF計數器地址（AQ寫數據到CGROM10要寫的數從CGROM數11要讀的數讀時序曲線如圖2-17所示:圖2-17DM1602讀時序圖寫時序曲線如圖2-18所示:圖2-18DM1602寫時序圖3.液晶顯小流程圖如圖2-19所小圖2-19液晶顯示流程圖4.液晶顯小子程

48、序如下：； 液晶模塊初始化；向1602液晶模塊寫入顯示信息DISPLCD MOV LCD#01HLCALL ENABLEMOV_CD #38HLCALL ENABLEMOV LCD #0FHONLCALL ENABLEMOV LCD #06HLCALL ENABLE;- 液晶模塊顯示程序-DISPLCD1 MOV LCD#80H;寫指令01H,清屏;寫指令38H,設定LCD為16*2顯示5*7點陣，8位數據接口;寫指令0FH,顯示、光標、閃爍;寫指令06H,光標輸入方式增量移位ACALL ENABLE;第一行顯示第1個字符的位置;第二行位置MOVLCD#0C0HLCALLENABLEJNBDS

49、18B20DSERR2;判斷DS18B201否正常MOVDLCD1#20HENABLEMOVDLCD2#54H;寫命令時序CLRRSSETBEWRITE1MOVR1#16A1:MOVAR0CALLWRITE2INCR0DJNZR1,A1WRITE2RET;寫單個字符2.3.4MAX232串口芯片簡介論文中，AT89S52f以太網控制器的通信主要通過中行口來實現。AT89S52的10腳(RXD)和11腳(TXD)提供了一個中行接口，采用TTL電平標準。而以太網通信單元中行口所采用的是RS-232標準的用行口標準。因此需要一個設備進行兩個用口標準之間的轉換，論文采用MAXIM公司生產的Max232

50、轉換芯片，該芯片能將通信信號從TTL電平轉換為RS-232標準電平，圖2-20為Max232E片引腳圖。CH vs+iC1-C2+C2-VS.T2OUT (R2IN 2153144135126II71099】vccGNDT10UTRIINRI OUTTUNT2INR2OUT圖2-20MAX232引腳圖引腳定義如表2-11所示表2-11RS232引腳定義引腳號符號方向功能1DCD輸入數據載體檢測2TXD輸出發送數據3RXD輸入接收數據4DTR輸出數據終端準備好5GND信號地6DSR輸入數據通訊設備好7RTS輸出請求發送8CTS輸入清除發送9RI輸出振鈴指示第3章系統的硬件結構設計及程序編程本章重

51、點介紹將DS18B20應用在單總線上組成測溫層，并設計了穩壓電源電路、DS18B20與單片機的連接電路、PC與單片機的連接電路、外圍電路等以及軟件編程。3.1 穩壓電路設計3.1.1 穩壓電源的組成在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。小功率穩壓電源的組成可以用圖3-1表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩壓電路等四部分組成。交流電旭學壓圖3-1直流穩壓電源結構圖電源變壓器是將交流電網220V的電壓變為所需要的電壓值,然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還包含較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網電壓波動（一般

52、有±10流右的波動）、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩壓電路。穩壓電路的作用是當電網電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩定。3.1.2 穩壓電路設計論文采用7805三端固定輸出穩壓器作為下位機穩壓電路的穩壓器件，7805三端固定輸出穩壓器是一種串聯調整式穩壓器。它將全部電路集成在一塊芯片上，整個集成穩壓電路只有輸入（Vi）、輸出（Vo）和公共端（COM三個引出端，其內部由恒流源、基準電壓源、取樣電阻、比較放大、調整管、保護電路、溫度補償電路組成，輸出電壓值為+5V。7805三端固定輸出穩壓器，因內部有過熱、過電流保護電路，因此它的性能優良、可靠性高，又因為這種穩壓器具有體積小、使用方便、價格低廉等優點，所以得到廣泛應用。穩壓電路的原理圖如圖3-2所示。圖3-2穩壓電路原理圖為了改善紋波特性，在輸入端加接電容Ci,一般取值為0.33pf,在輸出端加接電容Co,一般取值0.1pf,其目的是改善負載的瞬態響應。輸入電壓的選擇是：(3-1)UimaxUiU0i111ax、式中，Uimax為產品允許的最大輸入電壓；