大學(xué)設(shè)計(jì)方案—DSB溫度檢測(cè)系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）基于 DS18B20的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所 屬 系電子工程系專業(yè)自動(dòng)化學(xué)號(hào) 01208163姓名周何聰指導(dǎo)教師李振東起訖日期2011.4 - 2011.5設(shè)計(jì)地點(diǎn)東南大學(xué)成賢學(xué)院東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）誠(chéng)信承諾本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）及取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻(xiàn)。如論文涉及任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。學(xué)生簽名：日期：目錄3Abstract45§1.15§1.256§2.16§2.27§2.378§3.18§3.210§3.21

2、2§ 3.316§ 3.41717§4.117§4.217§4.31921§5.121§5.2222223:24 2730摘要DS18B20 是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測(cè)量電路變得簡(jiǎn)單、可靠。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了DS18B20 數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程，并給出了軟件流程圖。該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)并提供標(biāo)準(zhǔn)RS232通信接口，芯片使用了ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)和

3、 DALLAS 公司的 DS18B20數(shù)字溫度傳感器。上位機(jī)部分使用了通用PC。該系統(tǒng)可應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)測(cè)溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等領(lǐng)域。關(guān)鍵字 ：溫度測(cè)量；單總線；數(shù)字溫度傳感器；單片機(jī)AbstractAs a kind of high-accuracy digital net temperature sensor， DS18 B20can be used building a sensor net easily. It can also make the net simpleand reliable with it's special 1-wire interface .This

4、paper introduces theapplication of DS18B20 with single chip processor.Thesystem is constituted by two parts the temperature measured partanddisplayedpart.Thetemperaturemeasured parthasaRS232 interface.Itused AT89C51 of ATMEL company and DS18B20 of DALLAS company.The displayedpart uses PC .This syste

5、m is applied in such domains aswarehouse detectingtemperature ； air-conditionercontrollingsysteminbuildingandsupervisoryproductive process etc.Key words ：temperaturemeasure； singlebus ； digitalthermometer； singlechip processor；第一章緒 論§1.1 系統(tǒng)背景在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)

6、方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測(cè)，電力、電訊設(shè)備之過(guò)熱故障預(yù)知檢測(cè)，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)，各類運(yùn)輸工具之組件的過(guò)熱檢測(cè)，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試，化工、機(jī)械 等設(shè)備溫度過(guò)熱檢測(cè)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。§1.2 系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用RS-232 串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)上位機(jī)（PC）控制下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集。溫度值既可以送回主控PC 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行

7、控制。下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)。 DS18B20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。如糧食倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、溫控制程生產(chǎn)線之溫度影像檢測(cè)、醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)、石化、機(jī)械 等。第二章方案論證溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)

8、換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。所以多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。§2.1 傳感器部分方案一：采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè) 1 攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中 , 采用單片溫度傳感器 , 比如 AD590,LM35等 . 但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào) , 必

9、須經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī) , 這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 . 另外 , 這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器 , 不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量 . 即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案二：在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸，多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問(wèn)題。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 010

10、0 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 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) DS1820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 , 且由于 AT89C51可以帶多個(gè) DSB1820,因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量 . 輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。采用溫度芯片 DS18B20測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將

11、成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。§2.2 主控制部分方案一：此方案采用PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是 PC機(jī)輸出信號(hào)不能直接與 DS18B20通信。需要通過(guò) RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡(jiǎn)便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合， PC機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來(lái)很多麻煩！方案二：此方案采用 AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)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 DS18B2

12、0控制工作，還可以與PC 機(jī)通信 . 運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC 微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng) , 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。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。§2.3 系統(tǒng)方案綜上所述 , 溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是 RS-232 串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由

13、下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。實(shí)際采用電路方案如下圖：傳感器模塊下位機(jī)顯示模塊（ AT89C51 ）控制模塊上位機(jī)（ PC）傳感器模塊下位機(jī)顯示模塊（ AT89C51 ）控制模塊第三章硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)底層電路的功能主要包括：多點(diǎn)溫度測(cè)試及其相關(guān)處理，實(shí)時(shí)顯示溫度信息，與上位機(jī)通訊傳輸溫度數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源以及看門狗電路， 鍵盤以及顯示電路，溫度測(cè)試電路，串口通訊電路。下面對(duì)電路分模塊進(jìn)行說(shuō)明§3.1 電源以及看門狗電路a電源電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用7805 三端穩(wěn)壓片即可

14、滿足要求。具體電路圖如下：b看門狗電路考慮到底層電路板的工作環(huán)境相對(duì)惡劣，單片機(jī)會(huì)受到周圍環(huán)境的干擾，而出現(xiàn)程序跑飛，死機(jī)等一些不可預(yù)知的不正常工作現(xiàn)象。工作人員也不可能到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)單片機(jī)重起，本設(shè)計(jì)為單片機(jī)電路添加一個(gè)外部看門狗電路。定時(shí)查詢單片機(jī)的工作狀態(tài),一但發(fā)現(xiàn)異常即對(duì)單片機(jī)延時(shí)重起。保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。NE56604能為多種微處理器和邏輯系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)，其門限電平為4.2V 。在電源突然掉電或電源電壓下降到低于門限電平時(shí)。NE56604將產(chǎn)生精確的復(fù)位信號(hào)。NE56604內(nèi)置一個(gè)看門狗定時(shí)器，用于監(jiān)控微處理器，以確保微處理器的正常運(yùn)行。看門狗能產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)用來(lái)終止任何由于微

15、處理器故障而引發(fā)的不正常的系統(tǒng)操作。NE56604的看門狗的監(jiān)控周期為 100mS（典型值）。特性. 正負(fù)雙邏輯輸出的有效復(fù)位信號(hào)。. 精準(zhǔn)的門限電平監(jiān)測(cè)。. 上電復(fù)位內(nèi)部延時(shí)。. 可利用外部電阻調(diào)節(jié)的內(nèi)部看門狗定時(shí)器。. 看門狗定時(shí)器的監(jiān)控周期為100mS 典型值。.VCC=0.8VDC時(shí)產(chǎn)生有效的復(fù)位信號(hào)典型值。. 僅需很少的外圍元件。具體電路圖如下 :§3.2 鍵盤以及顯示電路鍵盤電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路 , 以及專一的復(fù)位功能外 , 其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。鍵盤有編碼和非編碼兩種。非編碼鍵盤硬件電路極為簡(jiǎn)單。故本系統(tǒng)采用

16、撥碼開關(guān)來(lái)控制。具體電路如下：A. 開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。一種是軟件去抖動(dòng)：它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。另一種為硬件去抖動(dòng)：即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。兩種方法都簡(jiǎn)單易行，本設(shè)計(jì)采用的是硬件去抖。B. 對(duì)按鍵進(jìn)行編碼給定鍵值或給出鍵號(hào)對(duì)于按鍵無(wú)論有無(wú)編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的散轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移。為使編碼間隔小，散轉(zhuǎn)入口地址安排方便，常采用依次序排列的鍵號(hào)。撥碼開關(guān)值含義0000實(shí)時(shí)顯示通道

17、一的溫度值0001實(shí)時(shí)顯示通道二的溫度值0010實(shí)時(shí)顯示通道三的溫度值0011實(shí)時(shí)顯示通道四的溫度值0100實(shí)時(shí)顯示通道五的溫度值0101實(shí)時(shí)顯示通道六的溫度值0110實(shí)時(shí)顯示通道七的溫度值0111實(shí)時(shí)顯示通道八的溫度值1*自動(dòng)循環(huán)顯示所有通道的溫度C. 選擇鍵盤監(jiān)測(cè)方法對(duì)是否有鍵按下的信息輸入方式有中斷方式與查詢方式兩種。本設(shè)計(jì)采用的查詢法，即在在 CPU空閑時(shí)調(diào)用鍵盤掃描子程序。溫度顯示電路設(shè)計(jì)采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，兩種方法在本設(shè)計(jì)中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計(jì)算。本人采用是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成

18、顯示功能。顯示數(shù)據(jù)由4511譯碼器輸出， ULN2003為位驅(qū)動(dòng)掃描信號(hào)。具體電路圖如下：§3.2 溫度測(cè)試電路這里我們用到溫度芯片DS18B20。DS18B20是 DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3 引腳 TO 92 小體積封裝形式。測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625 ，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。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。 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。DS18B20 支持 “一線總線 ”接口，測(cè)量溫度范圍為-55 °C+125°C，在

19、 -10+85 °C 范圍內(nèi) ,精度為 ±0.5 °C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以 “一線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，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。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1） DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： 64 位激光 ROM。64 位激光 ROM從高位到低位依次為 8 位 CRC、48 位序列號(hào)和 8 位家族代碼 (28H) 組成。溫度靈敏元件。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL?？赏ㄟ^(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。配置寄存器。配

20、置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。DS18B20在 0 工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如圖所示。TMR1R011111MSBDS18B20配置寄存器結(jié)構(gòu)圖LSB其中， TM：測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫入0，不能改變； R0、R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時(shí)R0、R1置為缺省值： R0=1， R1=1（即12 位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。配置寄存器與分辨率關(guān)系表 ：R0R1溫度計(jì)分辨率 /bit最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /us00993.750110187.510113751112750（2） 高速暫存存儲(chǔ)器

21、高速暫存存儲(chǔ)器由9 個(gè)字節(jié)組成，其分配如下圖所示。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)格式如圖所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8 位CRCLSBDS18B20 存儲(chǔ)器映像圖MSB溫度值格式圖 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表：232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524典型對(duì)應(yīng)的溫度值表 :溫度/ 二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+12

22、500000111 1101000007D0H+25.062500000001 100100010191H+10.12500000000 1010001000A2H+0.500000000 000010000008H000000000 000000000000H-0.511111111 11111000FFF8H-10.12511111111 01011110FF5EH-25.062511111110 01101111FE6FH-5511111100 10010000FC90HDS18B20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。硬件連接電路如下圖：V

23、CC=5V4.7KDS18BDS18BDS18BDS18B202020201#2#3#20#AT89C511 WIRE本系統(tǒng)為多點(diǎn)溫度測(cè)試。DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛 256 個(gè) DS18B20，但時(shí)間應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25 個(gè)以上的 DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。另外單總線長(zhǎng)度也不宜超過(guò)80M，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I/O 來(lái)驅(qū)動(dòng)多路 DS18B20。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將 I/O 口線直接和電源相連，起到上拉的作用。對(duì) DS18B20的設(shè)計(jì)，需要注意以下問(wèn)題（1）對(duì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

24、單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。尤其在使用DS18B20 的高測(cè)溫分辨力時(shí)，對(duì)時(shí)序及電氣特性參數(shù)要求更高。（2）有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)DS18B20序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。（3）測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。DS18B20在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將VCC與GND接在一起，焊接牢固。若VCC脫開未接，傳感器只送

25、85.0 的溫度值。（4）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過(guò)多的DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。§3.3 串口通訊電路AT89C51 有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。具體電路如下：5C2-GND15C36C341u/25V1u/25VJ154C2+VS-6

26、19R2OR2IN861072T2INT2ORXD12137R1OR1INTXD11143T1INU18T1O83C1-MAX232VS+249C35C3351u/25V1u/25VVCC1C1+VCC16DB9C321u/25V我們采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)和電腦的9 針串口只連接其中的3 根線：第5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如上圖所示。通信線采用交叉接法，即兩者信號(hào)線對(duì)應(yīng)成為RT，TR。具體連接電路如下 :J1J211662 RXDRXD2773 TXDTXD388449955DB9 AT 89

27、C51DB9 PC§ 3.4 整體電路見附件二（電路原理圖）第四章軟件設(shè)計(jì)§ 4.1 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：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)的總體功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)

28、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。§4.2 主程序方案主程序調(diào)用了4 個(gè)子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描以及按鍵處理程序、溫度測(cè)試程序、中斷控制程序、單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊程序。鍵盤掃描電路及按鍵處理程序：實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識(shí)別及相關(guān)處理。溫度測(cè)試程序：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。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。中斷控制程序：實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示功能。串口通訊程序：實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)通訊，將溫度數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)。程序結(jié)構(gòu)LED鍵盤中斷串口通顯示掃描控制訊程序數(shù)碼管程序程序顯示程序?qū)⒏鱾€(gè)功能程序以子

29、程序的形式寫好，當(dāng)寫主程序的時(shí)候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和I/O 沖突即可。程序應(yīng)該盡可能多的使用調(diào)用指令代替跳轉(zhuǎn)指令。因?yàn)樘D(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。而調(diào)用指令則不同，調(diào)用指令使得程序結(jié)構(gòu)清晰，無(wú)論是溫度芯片傳數(shù)據(jù)程序與當(dāng)前溫度相比較程序繼電器控制程序開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)硬件測(cè)試程序溫度顯示子程序撥碼開關(guān)掃描子程序溫度測(cè)試及處理子程序串口通訊子程序返回裝下一個(gè)溫度顯示存儲(chǔ)單元地址定時(shí)器重新賦值到否中斷入口修改還是維護(hù)都比較方便。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個(gè)好處那就是以后寫程序的時(shí)候如果要用到，就可以直接調(diào)

30、用這個(gè)單元功能模塊。主程序流程圖如右圖 :§4.3 各模塊子程序設(shè)計(jì)下面對(duì)主要幾個(gè)子程序的流程圖做介紹：（1）溫度測(cè)試子程序設(shè)計(jì)見附錄一：溫度測(cè)試子程序流程圖（2）中斷控制程序設(shè)計(jì)如右圖 :（3）串口通信程序設(shè)計(jì)本次通訊中，測(cè)控系統(tǒng)分位上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信，系統(tǒng)中單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和控制，上位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可視化檢測(cè)，通信協(xié)議采用半雙工異步串行通信方式，通過(guò)RS232的 RTS信號(hào)進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換，傳輸數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)，上位機(jī)與下位機(jī)之間采用主從式通訊。本人采用的VB環(huán)境下 PC機(jī)與單片機(jī)之間實(shí)現(xiàn)串行通訊的軟硬件方案。VB是 Microsoft公司推出的 Windows應(yīng)用程序開

31、發(fā)工具，因其具有界面友好，編程簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的使用，而且Visual Basic 6.0版本帶有專門實(shí)現(xiàn)串行通訊的MSCOMM控件。MSComm控件串口具有完善的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能。通過(guò)此控件，PC機(jī)可以利用串行口與其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)輕松連接，簡(jiǎn)單高效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通訊。此控件的事件響應(yīng)有兩種處理方式。事件驅(qū)動(dòng)方式：由MSComm控件的 OnComm事件捕獲并處理通訊錯(cuò)誤及事件；查詢方式：通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)判斷事件和錯(cuò)誤。1) MSComm控件的主要屬性和方法a. CommPort ：設(shè)置或返回串行端口號(hào)，其取值范圍為199，缺省為 1b. Setting：設(shè)置或返回

32、串行端口的波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位。c. PortOpen ：打開或關(guān)閉串行端口。d. RThreshold ：該屬性為一閥值，它確定當(dāng)接收緩沖區(qū)內(nèi)字節(jié)個(gè)數(shù)達(dá)到或超過(guò)該值后就產(chǎn)生 MSComml-OnComm事件。e. Input：從接收緩沖區(qū)移走一串字符。f. Output：向發(fā)送緩沖區(qū)傳送一字符串。軟件流程圖如下：開始自動(dòng)接收數(shù)據(jù)子程序讀一個(gè)數(shù)據(jù)且存儲(chǔ)N是聯(lián)絡(luò)信號(hào)AAH ？Y回復(fù) 55H接受字節(jié)數(shù)據(jù)N8 個(gè)字節(jié)到否？Y返回開始發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)AAHN是聯(lián)絡(luò)信號(hào)55H？Y發(fā)儲(chǔ)存單元數(shù)據(jù)返回單片機(jī)程序流程圖PC通訊程序流程圖參數(shù)設(shè)定：通信 端口選擇 COM1，波特率設(shè)定為1200B/SM

33、SCOmmCommPort=1.MSComm.Setting=“1200， n, 8, 1”。START:MOVSP,#60HMOVTMOD,#20HMOVTH1,#0E6HMOVTL1,#0E6H。1200B/S，晶振為 12MHZMOVPCON,#00HMOVSCON,#50HSETBTR1第五章系統(tǒng)調(diào)試§5.1 分步調(diào)試1、測(cè)試環(huán)境及工具測(cè)試溫度： 0100 攝氏度。（模擬多點(diǎn)不同溫度值環(huán)境）測(cè)試儀器及軟件：數(shù)字萬(wàn)用表，溫度計(jì)0100 攝氏度，串口調(diào)試助手。測(cè)試方法：目測(cè)。2、測(cè)試方法使系統(tǒng)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)硬件檢測(cè)是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測(cè)試電路等）

34、。系統(tǒng)自帶測(cè)試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)水溫變化情況（取溫度值不同的多點(diǎn)），目測(cè)顯示電路是否正常。并記錄各點(diǎn)溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。使用串口調(diào)試助手與單片機(jī)通訊，觀察單片機(jī)與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。3、測(cè)試結(jié)果分析自檢正常，各點(diǎn)溫度顯示正常，串口傳輸數(shù)據(jù)正確。因?yàn)樾酒撬芰戏庋b，所以對(duì)溫度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高，需要一個(gè)很短的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。§5.2 統(tǒng)一調(diào)試將硬件及軟件結(jié)合起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)試。實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)與單片機(jī)通訊，兩者可以實(shí)時(shí)更新顯示各點(diǎn)溫度值。結(jié)束語(yǔ)AT89C51的時(shí)鐘為 12M，I/O 口可達(dá) 32

35、個(gè)，高的時(shí)鐘頻率和豐富的I/O ，都為實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。同時(shí)也AT89C51內(nèi)含 4KB FLASH ROM，開發(fā)環(huán)境友好，易用，方便，大大加快本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。撥碼開關(guān)的使用，使操作更為簡(jiǎn)潔，易懂。實(shí)時(shí)顯示電路的設(shè)計(jì)，使溫度信息更迅速，直觀地發(fā)布。本制作的設(shè)計(jì)中使用了傳感器的只是插座電路，因此，該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性很強(qiáng)。整個(gè)系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)單、可靠，系統(tǒng)成本低。致此本人設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)期的目標(biāo)，系統(tǒng)在硬件自動(dòng)測(cè)試，鍵盤操作，實(shí)時(shí)顯示方面做的比較好。但是由于時(shí)間倉(cāng)促、條件有限，設(shè)計(jì)成果并不是很完美，還存在下面問(wèn)題：串口通訊不穩(wěn)定，未對(duì)溫度數(shù)值統(tǒng)計(jì)處理以及存儲(chǔ)。我準(zhǔn)備在今后的工作過(guò)程中進(jìn)一步

36、完善此設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1. 賈振國(guó) . DS1820 及高精度溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn) J . 電子技術(shù)應(yīng)用， 2000（ 1）：58 - 59.2. 余永權(quán) . 單片機(jī)原理及應(yīng)用 .北京：電子工業(yè)出版社 , 19973. 邦田 . 電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù) . 北京：人民郵電出版社， 19944. Dallas semiconductor inc,ds18b20 programmable resolution 1wiredigital thermometer 2001Z .5. 曲喜貴 . 電子元件材料手冊(cè) M. 北京：電子工業(yè)出版社， 1989.422-430.6. 黃賢武，鄭筱霞，曲波等 .傳感器實(shí)際

37、應(yīng)用電路設(shè)計(jì) M. 成都：電子科技大學(xué)出版社， 1997.4-10.7. 劉君華 .智能傳感器系統(tǒng) M . 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1999.8. 余永權(quán) .Flash 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M. 北京：電子工業(yè)出版社， 1997.9. 邦田 .電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù) M . 北京：人民郵電出版社， 1994.10. 周云波 .由DS18B20單線數(shù)字溫度計(jì)構(gòu)成的單線多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng) .電子技術(shù)應(yīng)用， 1996(2):15- 20.11. 吉鵬 ,馬云峰等 . 微機(jī)原理與接口技術(shù) M. 北京 :高等教育出版社 ,2001.12. 振國(guó) . DS1820 及高精度溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn) J . 電子

38、技術(shù)應(yīng)用， 2000 (1) .13. 東耀，汪仁煌 . 數(shù)字溫度傳感器在倉(cāng)庫(kù)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用 J. 傳感器世界，2001（ 12）： 30- 33.14. 月霞，孫傳友 . DS18B20 硬件連接及軟件編程 J.傳感器世界， 2001（12）：25- 29.15. 一線數(shù)字溫度傳感器資料 M. 武漢：武漢力源電子有限公司， 1996.16. 賢武，鄭霞，曲波 . 傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì) M. 成都：電子科技大學(xué)出版社， 1997.17. 偉正 .單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用 1. 電子技術(shù)應(yīng)用， 2000,6.66-68 18.DALLAS 公司 .DS18B20數(shù)據(jù)手冊(cè) Z19. 周月霞，孫傳友 .DS18B20 硬件連接及軟件編程 J. 傳感器世界， 2001，（ 12）.20. 單線數(shù)字溫度傳感器資料 M. 武漢：武漢力源電子有限公司， 1996.21. 賈東耀，汪仁煌 .數(shù)字溫度傳