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

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,人類物質(zhì)生活的提升,人們對自動化、智能化的要求越來越高, 各種自動化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,逐漸代替耗時、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,人們都需要對各類設(shè)備中的溫度進(jìn)行檢測和控 制,比方熱反響爐,農(nóng)業(yè)中的蔬菜大棚,大型糧倉 .溫度限制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇 到的過程限制,有些工藝過程對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) 計一種較為理想的溫度限制系統(tǒng)是非常有價值的.本工程采用

2、51單片機(jī)來對溫度進(jìn)行限制,不僅具有限制方便、組態(tài)簡單和靈活性大 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),可以實現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測,通過檢測環(huán)境溫度,傳送給單片機(jī),單片機(jī)通過 分析、比較,發(fā)出相應(yīng)的指令,進(jìn)行報警 并做相關(guān)處理；當(dāng)環(huán)境溫度高于預(yù)設(shè)值時,開 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,開啟制熱設(shè)備模擬,當(dāng)溫度一段時間仍為到達(dá)理想值,可以加大功率.用申口將采集到的溫度數(shù)據(jù)實時發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控.本工程不僅可以應(yīng)用到實際中提升生產(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)生的知識領(lǐng)域,增強(qiáng)我們的動手水平,將所學(xué)到的知識運(yùn)用到實際中,更好的到達(dá)書本知識與實際生活接軌,增強(qiáng)大學(xué)生的個人素質(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)計的背景、開展歷史及意義 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)計方案 52.1方案一 52.2方案二 53 DS18B20溫度傳感器簡介 93.1溫度傳感器的歷史及簡介 93.2 DS18B20的工作原理 93.2.1 DS18B20 工作時序 93.2.2 ROM操作命令 113.3 DS18B20的測溫原理

4、 113.3.1 DS18B20 的測溫原理： 113.3.2 DS18B20的測溫流程 124單片機(jī)接口設(shè)計 134.1設(shè)計原那么 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 145.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 145.1.1 主板電路設(shè)計 145.1.2各局部電路 145.2系統(tǒng)軟件設(shè)計 165.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路 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)計的背景、開展歷史及意義溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中普遍而且重要的物理參數(shù),隨著社會的開展,科技

5、的進(jìn) 步,以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用,智能化已是現(xiàn)代溫度限制系統(tǒng)開展的主流方向.特 別是近年來,溫度限制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面,但溫度限制一直是一個未開發(fā) 的領(lǐng)域,卻乂是與人們息息相關(guān)的一個實際問題.針對這種實際情況,設(shè)計一個溫度限制 系統(tǒng),具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義.溫度是一個重要的物理量,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) 過程相聯(lián)系.在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中,各個環(huán)節(jié)都與溫度緊密相聯(lián),溫度的準(zhǔn)確監(jiān) 測及限制占據(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)反響的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行等.沒有適宜的溫度環(huán)境,許多 電子

6、設(shè)備就不能正常工作,糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉?fàn)€,灑類的品質(zhì)就沒有保證.可見,溫 度的測量和限制是非常重要的.隨著電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速開展,單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣 泛.利用單片機(jī)對溫度進(jìn)行限制的技術(shù)也隨之而生,并日益開展和完善,且越來越顯示出 它的優(yōu)越性.1.2溫度限制系統(tǒng)的目的本設(shè)計的內(nèi)容是溫度測試限制系統(tǒng),限制對象是溫度.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,其實在很多場所溫度都需要監(jiān)控以預(yù)防發(fā)生意外.針對此問 題,本系統(tǒng)設(shè)計的目的是實現(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,是一款既實用乂廉價的限制系統(tǒng).1.3溫度限制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計是對溫度進(jìn)行實時監(jiān)測與限制,設(shè)計的溫度限制系統(tǒng)實現(xiàn)了根本的溫度限制功 能：通過檢測環(huán)境溫度,傳送給單片機(jī),單片機(jī)通過分析、比較,發(fā)出相應(yīng)的指令,進(jìn)行 報警 并做相關(guān)處理；當(dāng)環(huán)境溫度高于預(yù)設(shè)值時,開啟制冷設(shè)備風(fēng)扇模擬,同理,環(huán)境溫度低于預(yù)設(shè)值時,開啟制熱設(shè)備模擬,當(dāng)溫度一段時間仍為到達(dá)理想值,可以加大 功率.液晶LCD1602即時顯示溫度,精確到小數(shù)點(diǎn)一位.2總體設(shè)計方案 2.1方案一測溫電路的設(shè)計,可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng),在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來,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,就可以將被測溫度顯示出來,這種設(shè)計需要用到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,采用一只DS18B2瑚度傳感器,直接讀取被測溫度值,之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換,依次完成設(shè)計要求.比較以上兩種方案,很容易看出,采用方案二,電路比較簡單,軟件設(shè)計容易實現(xiàn), 故實際設(shè)計中擬采用方案二.在本系統(tǒng)的電路設(shè)計方框圖如圖 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溫度計電路總體設(shè)計方案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),四個端口只需要兩個口就能滿足電 路系統(tǒng)的設(shè)計需要,很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用,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)的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫.這一局部主要完成對溫度信號的采集和轉(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.此局部只用到DS18B20和單片機(jī),硬件很簡單1DS18B20的性能特點(diǎn)如下9:1獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；2多個DS18B2河以并聯(lián)在惟一的三線上,實現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；3無須外部器件；4可通過數(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用戶可定義報警設(shè)置；8報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度溫度報警條件的器件；9負(fù)電壓特性,電源極性接反時,溫度計不會因發(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.引地數(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開始8位是產(chǎn)品類型的編號,接著是每個器件的惟一的序號,共 有48位,最后8位是前56位的CR鍛驗碼,這也是多個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CRC48b序列號8b工廠代碼10H表2 - 1 ROM吉構(gòu)LSB MSBLSB MSBLSB存儲器和限制邏輯 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)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,可通過軟件寫入用戶報警上下限值.3高速暫存存儲,可以設(shè)置 DS18B20S度轉(zhuǎn)換

12、的精度.DS18B2如度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAMK一個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)的存儲器,結(jié)構(gòu)如圖1.3所示.頭2個字節(jié)包 含測得的溫度信息,第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝,是易失的,每次上電復(fù)位時被刷新. 第5個字節(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工作模式還是在測試模式.表2 2 DS18B20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)Byte0溫度測量值LSB 50HByte1

13、溫度測量值 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CRC2非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,可通過軟件寫入用戶報警上下限值.3高速暫存存儲,可以設(shè)置 DS18B20S度轉(zhuǎn)換的精度.DS18B2W廠時該位被設(shè)置為0,用戶要去改動,R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù),來設(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,分辨率越高,所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長.因此,在實際應(yīng)用中

14、要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(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,可用來檢驗數(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,開始啟動轉(zhuǎn)換.轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié).單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù),讀數(shù)據(jù)時低位在先,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625 C/ LSB形式表示.當(dāng)符號位S= 0時,表示測得的溫度值為正值,可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制； 當(dāng)符號位S= 1時,表示測得的溫度值為負(fù)值,要先將補(bǔ)碼變成原碼,再計算十進(jìn)制數(shù)值. 表1.2是一局部溫

15、度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù) 回.表2 4 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms00993.750110187.510113751112750表2 5 一局部溫度對應(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)題報告在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼CRC.主機(jī)根據(jù)ROM勺前56 位來計算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線通信功能是分時完成的,它有嚴(yán)格的時隙概念,因此讀寫 時序很重要.系統(tǒng)對 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)存儲器操作命令t處理數(shù)3 DS18B2 0溫度傳感器簡介3.1溫度傳感器的歷史及簡介溫度的測量是從金屆物質(zhì)的熱脹冷縮開始.水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計 量標(biāo)準(zhǔn).可是它的缺點(diǎn)是只能近距離觀測,而且水銀有蠹,玻璃管易碎.代替水銀的有灑 精溫度計和金屆簧片溫度計,它們雖然沒有蠹性,但測量精度很低,只能作為一個概略指 示.不過在居民住宅中使用已可滿足要求.在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中為了配合遠(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)過三個步驟：1. 每一次讀寫之前都必須要對 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到此信號表示復(fù)位成功.其工作時 序包括初始化時序、寫時序和讀時序,具

19、體工作方法如圖2.1 , 2.2 , 2.3所示.1初始化時序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)題報告圖3- 1初始化時序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的,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480us12.主機(jī)寫0時序主機(jī)寫1時序F版樣 1545J S (2)

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

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

22、有DSI8B20進(jìn)行溫度變換,之后通過匹配 ROM再逐一 地讀回每個DSI8B20的溫度數(shù)據(jù).DS18B20勺測溫原理如圖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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入,圖中還隱含著計數(shù)門,當(dāng)計數(shù)門翻開時,DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計數(shù),進(jìn)而完成溫度 測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定,每次測量前,首先將 -55 C所對應(yīng) 的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度存放器中,減法計數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55 C 所對應(yīng)的

23、一個基數(shù)值.減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù),當(dāng) 減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度存放器的值將加1,減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝 入,減法計數(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(jìn)行計數(shù),如此循環(huán)直到減 法計數(shù)器2計數(shù)到0時,停止溫度存放器值的累加,此時溫度存放器中的數(shù)值即為所測溫 度.圖2.3中的斜率累加器用丁補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用丁修正減法計 數(shù)器的預(yù)置值,只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程,直至溫度存放器值到達(dá)被測溫度值.告警搜索0ECH執(zhí)行后,只有溫度超過設(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,訪問單線總 線上與該編碼相對應(yīng)的 DS18B20使之作出響應(yīng),為下一 步對該DS18B20勺讀寫作準(zhǔn)備搜索ROM1 0F0H用丁確定掛接在同一總線上DS18B20勺個數(shù)和識別64位ROMft址,為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過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DS18B2C行溫度轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時間最長為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)容寫暫存器4EH

25、發(fā)出向內(nèi)部RAM勺第3, 4 W寫上、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 DS18B2破送“0, 外接電源供電DS18B2CK送“1另外,由丁 DS18B20I線通信功能是分時完成的,他有嚴(yán)格的時隙概念,因此讀寫時 序很重要.系統(tǒng)對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)存儲器操作命令t處理數(shù)據(jù).圖3-4

26、測溫原理內(nèi)部裝置3.3.2 DS18B20的測溫流程圖3 - 5 DS18B20測溫流程中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報告4單片機(jī)接口設(shè)計4.1設(shè)計原那么DS18B2河以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時DS18B2附1腳接地,2腳作為信號線,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時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉.本設(shè)計采用電源供電方式,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 MOSFEP 89S52的P2.0來完成對總線 的上拉

27、.當(dāng)DS18B2CM丁寫存儲器操作和溫度 A/D變換操作時,總線上必須有強(qiáng)的上拉, 上拉開啟時間最大為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3個步驟：初始化；ROMS作指令；存儲器操作指令.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)題報告5系統(tǒng)整體設(shè)計 5.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計5.1.1主板電路設(shè)計單片機(jī)的P2.0接DS18B20勺2號引腳,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_ 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5.2.1系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項功能,首先必須有較完善的硬件作保證.同時還必須得到相 應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持,尤其是微機(jī)應(yīng)用高速開展的今天,許多由硬件完成的工作,都 可通過軟件編程而代替.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 程有時會變得很簡單,如數(shù)字濾波,信號處理等.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)相對應(yīng)的c語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進(jìn)行軟件編程.程序設(shè)計語言有三種：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言.機(jī)器語言是機(jī)器唯一能“懂 的語言,用匯編語言或高級語言編寫的程序稱為源程序最終都必須譯成機(jī)器語言的 程序成為目標(biāo)程序,計算機(jī)才能“看懂,然后逐一執(zhí)行.高級語言是面向問題和計算過程的語言,它可通過丁各種不同的計算機(jī),用戶編程時 不必仔細(xì)了解所用的計算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng),而且語句的功能強(qiáng),常常一個語句已 相當(dāng)丁很多條計算機(jī)指令,丁是用高級語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),使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間,適合丁存 儲容量較小的系統(tǒng).同時,本系統(tǒng)對位處理要求很高,需要解決大量的邏輯限制問題.MCS 51指令系統(tǒng)的指令長度較短,它在存儲空間和執(zhí)行時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.對丁要求反響靈敏與限制及時的工控、 檢測等實時限制系統(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 編語言簡明、整潔、執(zhí)行

33、時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、寫入子程序、以及有 關(guān)DS18B2的程序初始化子程序、寫程序和讀程序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)溫度的實時顯示、 讀出并處理DS18B20勺測量的當(dāng)前溫度值,溫度測量每1s進(jìn)行一次.這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度,其程序流程見圖19所示.通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)局部與小數(shù)局局部開存放在不同的兩個 單元中,然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來圖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),在讀出時需進(jìn)行CRCK驗,校驗 有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫.12位數(shù),小數(shù)4位,整數(shù)7位,DS18B20的各個命令對時序的要求特別嚴(yán)格,所以必須根據(jù)所要求的時序才能到達(dá)預(yù)期的 目的,同時,要注意讀進(jìn)來的是高位在后低位在前,共有 還有一位符號位.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)題報告圖5-10寫入子程序4寫入子程序圖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：啟動DS18B20測量溫度,將測量值與給定值進(jìn)行比較,假設(shè)測得溫度 小丁設(shè)定值,那么進(jìn)入加

35、熱階段,這期間繼續(xù)對溫度進(jìn)行監(jiān)測,直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi),等 待下一次的啟動命令.當(dāng)測得溫度大丁設(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)題報告監(jiān)測,直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi),關(guān)閉風(fēng)扇,等待下一次的啟動命令.參數(shù)測試:實際溫度v14.319.222 217,818.5測芾結(jié)果V14.72.121.918.619. 16總結(jié)本設(shè)計使用的溫度限制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準(zhǔn)確,具有一定的實際應(yīng)用價值.該智能溫 度限制器只是DS18B20&溫度限制領(lǐng)域的一個簡單實例,還有許多需要完善的地方,例如 可以將測得的溫度通過單片機(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、隨時對溫度進(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, 倉儲等行業(yè).本溫度限制系統(tǒng)可以應(yīng)用丁多種場合,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)計的用途,有很強(qiáng)的實用價值.中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院基金工程結(jié)題報告附錄程序源代碼：#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