1、用于糧倉領(lǐng)域的智能溫度傳感器的設(shè)計(jì)摘要：近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同 時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中, 單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù) 具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用新型一線制溫度傳感器DS18B20測(cè)量 溫度值，實(shí)現(xiàn)糧倉環(huán)境溫度的檢測(cè)和報(bào)警。本文給出了由AT89C51單片機(jī)和 DS18B20構(gòu)成的單總線溫度測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路及軟件流程圖。該系統(tǒng)具有測(cè)點(diǎn) 多、精度高、速度快、穩(wěn)定性好、報(bào)警及時(shí)等特點(diǎn),也可

2、應(yīng)用于其它相關(guān)的溫度控 制系統(tǒng)，通用性較強(qiáng)。關(guān)鍵詞：一線總線；DS18B20； AT89C51； 數(shù)字溫度傳感器Abstract: The system for the control of the core is AT89C51,the temperature sensors DS18B20 is used to measure temperatureand this system can realize ambient temperature measurement and alarm. This article introduces the hardware circuit which

3、the softwareflow chart constitutes by AT89C51 monolithic integrated circuit and DS18B20. This system has many measuring point, high-precision,wide range of temperature monitoring, good stability and alarms timely, it may also be applied in other related temperature controlsystem and the versatility

4、is strong.Keywords: 1-Wire TM ； DS18B20 ； AT89C51 ； Digit Temperature Densor目錄1智能傳感器的定義和實(shí)現(xiàn)途徑31.1智能傳感器的定義31.2智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑3非集成化實(shí)現(xiàn)3集成化的實(shí)現(xiàn)4混合實(shí)現(xiàn)42智能溫度傳感器的糧倉應(yīng)用背景介紹53智能溫度傳感器的設(shè)計(jì)53.1原理和功能描述5原理5糧倉恒溫控制系統(tǒng)完成的功能5 3.2硬件設(shè)計(jì)6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6微處理器（單片機(jī)）6溫度傳感器93.3軟件設(shè)計(jì)13系統(tǒng)的的工作過程13讀出溫度子程序14溫度轉(zhuǎn)換子程序14計(jì)算溫度子程序15顯示數(shù)據(jù)刷新子程序163.4試驗(yàn)結(jié)果164結(jié)束語17附

5、錄1：源程序18附錄2：硬件電路圖221智能傳感器的定義和實(shí)現(xiàn)途徑1.1智能傳感器的定義智能傳感器( intelligent sensor)是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶 有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相 結(jié)合的產(chǎn)物。一般智能機(jī)器人的感覺系統(tǒng)由多個(gè)傳感器集合而成，采集的信息需 要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本。與 一般傳感器相比，智能傳感器具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的 信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動(dòng)化能力；功能多樣化。1.2智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑非集成化實(shí)現(xiàn)r-r -1非集成式智能傳感器外

6、殼經(jīng)典傳感器 -f信理電路k微處理器總線接口-數(shù)字總線圖1非集成化實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖將上述電路組合為一個(gè)整體，經(jīng)開發(fā)配置可進(jìn)行通訊、控制、自校正、自補(bǔ) 償、自診斷等功能的智能化軟件，如ST-3000。模糊傳感器也是一種非集成化的 智能傳感器。圖2測(cè)量原理圖關(guān)鍵問題：軟件功能的設(shè)計(jì)集成化的實(shí)現(xiàn)采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)，稱為集成智能傳感器（ Integrated smart /Intelligent sensor），該技術(shù)也稱為集成微型傳感技術(shù)其特點(diǎn)如下：1）微型化血液流量計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面的氣體流速和壓力傳感器。2）結(jié)構(gòu)一體化傳統(tǒng)的加工方法存在蠕變、遲滯、非線性特性。3）精度高減少弓I線長(zhǎng)

7、度帶來的寄生參量的影響。4）多功能在同一硅片上可制作不同功能的多個(gè)傳感器。ST - 3000可測(cè)壓力、壓差、溫度三種參量。5）陣列式可在8mmx8mm上制作有1024 （ 32x32 ）個(gè)面陣觸覺敏感觸點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：消除傳感器的時(shí)變誤差和交叉靈敏度的影響，提高傳感器的 可靠性、穩(wěn)定性和分辨能力。6）全數(shù)字化通過微機(jī)械加工技術(shù)制作合適的微結(jié)構(gòu)，使其固有諧振頻率可以設(shè) 計(jì)成某種物理參量的單值函數(shù)，通過檢測(cè)其諧振頻率來檢測(cè)被測(cè)物理 量。7）使用方便、操作簡(jiǎn)單集成化智能傳感器的發(fā)展趨勢(shì)：土多功能化與陣列化，軟件功能的增強(qiáng)；b.發(fā)展諧振式傳感器，結(jié)合軟件信息處理功能。存在的問題：主要是工藝上的?；旌蠈?shí)現(xiàn)將和

8、兩種方式結(jié)合起來，可能的混合集成方式有：總線接口、微處理器、信號(hào)處理電路、集成化敏感單元的不同組合。2智能溫度傳感器的糧倉應(yīng)用背景介紹我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年都有大量的新糧收獲，也有部分糧積壓，由于儲(chǔ) 存不當(dāng)造成大量的糧食浪費(fèi)，給國家和人民造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，糧倉環(huán)境成 為決定糧食質(zhì)量的關(guān)鍵因素。以往采取的方法是用人工的亦法定期對(duì)糧食進(jìn)行晾 曬、通風(fēng)，消耗了大量的人力和財(cái)力。糧食溫度檢測(cè)是儲(chǔ)備庫中防止糧食霉?fàn)€、保質(zhì)存的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于一個(gè)農(nóng) 業(yè)大國來講，糧食生產(chǎn)、需求與儲(chǔ)備量都很大。大量糧食在儲(chǔ)備的過程中常因糧 食濕度過大而升溫發(fā)熱，導(dǎo)致糧食大量腐爛變質(zhì)，給國家?guī)砭薮髶p失。所以根 倉監(jiān)控系統(tǒng)

9、中溫度測(cè)量是整個(gè)系統(tǒng)的主要功能之一。針對(duì)這一現(xiàn)象，目前推廣應(yīng)用的許多智能溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用電阻式溫度傳 感器檢測(cè)溫度，測(cè)量精度低，離散性大，需要入/ D轉(zhuǎn)換，電路復(fù)雜。而采用DS18B20 型數(shù)字式溫度傳感器作為溫度采集單元，較好地解決了上述問題。3智能溫度傳感器的設(shè)計(jì)3.1原理和功能描述原理本文設(shè)計(jì)的糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)，采用DS18B20型數(shù)字式溫度傳感器作為溫度 采集單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉溫度的自動(dòng)測(cè)量和控制，同時(shí)具有顯示和報(bào)警功能。該系 統(tǒng)具有速度快、性能穩(wěn)定、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，滿足了實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制的要求。應(yīng)用程序中，首先對(duì)8255進(jìn)行初始化，設(shè)定工作方式0PA 口、PB 口、PC 口 均為輸出口

10、，其中PA 口、PB 口為顯示輸出，PC 口為報(bào)警和相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)口。首 先對(duì)溫度進(jìn)行采樣，每個(gè)溫度點(diǎn)采樣6次，計(jì)算平均值作為采樣值，送入顯示和 存儲(chǔ)的相應(yīng)單元進(jìn)行存儲(chǔ)和傳感器的編號(hào)和溫度的顯示，然后判斷溫度是否超過 設(shè)定溫度。如果溫度超標(biāo)則報(bào)警，根據(jù)傳感器的位置，判斷啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備或加熱 設(shè)備；如果不超標(biāo)就繼續(xù)檢測(cè)下一個(gè)點(diǎn)的溫度，直到整個(gè)糧倉的350點(diǎn)溫度全部 測(cè)量完成。然后計(jì)算和顯示糧倉的平均溫度，最后系統(tǒng)返回再進(jìn)行溫度的巡回測(cè) 量和顯示。糧倉恒溫控制系統(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)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫 控制功能：溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，

11、使溫度上 升。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系 統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。數(shù)碼管顯示器即時(shí)顯示溫度等相關(guān) 功能。3.2硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)是一個(gè)全自動(dòng)的糧倉溫度巡回檢測(cè)與控制系統(tǒng)。它由以下幾部分組成: AT89C51單片機(jī)、8255并行接口電路、A/D轉(zhuǎn)換器、溫濕度傳感器、驅(qū)動(dòng)電路、 報(bào)警和顯示電路構(gòu)成，系統(tǒng)的組成如圖所示。圖3 硬件組成框圖微處理器(單片機(jī))微處理器是本系統(tǒng)的核心，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，鑒于本系統(tǒng) 為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，所

12、以單片機(jī)采用INTEL公司的 高效微控制器AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理 器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51 ?指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ) 器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控 制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。R ST C iftMfiS U 甘 # I： r

13、rxR ST C iftMfiS U 甘 # I： rrxdj Pa 1 cCCPfl. Q ADKF叩J PM UQS)PO. J 1AD3)J PO 4 UD4)P0.5 MOE)45PO. T 1 AOT )eMtU*AtE/PflOflpEHP2.T |A偵 i P2.a wg MU?P2.a muP2. i 4 Al 1 xP LWM叫I F 虹 1 ( 4B)昨丹陽1卜匚1ED1般5網(wǎng)ft La(TXD F3.1 匚3isXTA.L2417XTALl C516(INT-Oh P3 2G15(INTO P3 3 匚714P3 -1 d81占(Till P9.5 GgiGhID C10

14、11vccJ P1.1 (AIN1)P1.0 (A1N0)P3.7.7E.S.41 3.2 p p p p p PAT89C51AT89C2051圖4 AT89C51 引腳圖1 ） .主要特性：與MCS-51兼容、4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器、壽命：1000 寫/擦循環(huán)、數(shù) 據(jù)保留時(shí)間：10年、全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz、三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、128*8位部 RAM、32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源、可編程串行通道、 低功耗的閑置和掉電模式、片振蕩器和時(shí)鐘電路2）管腳說明VCC ：供電電壓；GND：接地；P0 口： P0 口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O 口，每 腳可吸收8T

15、TLI電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。？0能 夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程 時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必 須被拉高；P1 口： P1 口是一個(gè)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能 接收輸出4TTLI電流。P1 口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1 口 被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和 校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收；P2口： P2 口為一個(gè)部上拉電阻的8位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4個(gè)

16、TTLI電流，當(dāng)P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳 被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低， 將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用 部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄 存器的容。P2 口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)；P3 : P3 口管腳是8個(gè)帶部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個(gè)TTLI電流。當(dāng)？3 口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉 為低電平，P

17、3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故；P3 口也可作為AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能、P3.0 RXD （串行輸入口）、 P3.1 TXD （串行輸出 口）、P3.2 /INT0（外部中斷 0）、P3.3 /INT1 （外部中斷 1 ）、 P3.4 T0 （記時(shí)器0外部輸入）、P3.5 T1 （記時(shí)器1外部輸入）、P3.6 /WR （外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）、P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）、P3口同時(shí)為閃爍編程和 編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí) 間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部

18、存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此弓I腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不 變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部 輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將 跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE 只有在執(zhí)行MOVX, MOVC指令是ALE才起作用。另外，該弓I腳被賂微拉高。如果 微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī) 器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)

19、據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將 不出現(xiàn)。3）振蕩特性/EA/VPP 當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH）,不 管是否有部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將部鎖定為RESET ；當(dāng)/EA端保 持高電平時(shí)，此間部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此弓I腳也用于施加12V編 程電源（VPP）XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。4）芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保 持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且 在任何非

20、空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟 件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器， 串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的容并且凍結(jié)振蕩器，禁止 所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。5）運(yùn)算器算術(shù)/邏輯部件ALU:用以完成+、-、*、/的算術(shù)運(yùn)算及布爾代數(shù)的邏輯 運(yùn)算，并通過運(yùn)算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器PSW的某些位，從而為判斷、轉(zhuǎn)移、 十進(jìn)制修正和出錯(cuò)等提供依據(jù)。累加器A:在算術(shù)/邏輯運(yùn)算中存放一個(gè)操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲(chǔ)器 和I/0接口打交道時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送

21、都要經(jīng)過A來完成。(3 )寄存器B :在*、/運(yùn)算中要使用寄存器B。乘法時(shí)，B用來存乘數(shù)以及 積的高字節(jié)；除法時(shí)，B用來存除數(shù)及余數(shù)。不作乘除時(shí)，BW作通用寄存器使 用。(4)程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW :用來存當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征, 以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。中斷系統(tǒng)：8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，其基本特點(diǎn)是：有5個(gè)固定的可屏蔽中斷 源，3個(gè)在片，2個(gè)在片外，它們?cè)诔绦虼鎯?chǔ)器中各有固定的中斷入口地址，由此 進(jìn)入中斷服務(wù)程序；5個(gè)中斷源有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可形成中斷嵌套；2個(gè)特殊功 能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。5個(gè)中斷源的符號(hào)、名稱及產(chǎn)生的條件 如下：INTO：外

22、部中斷0,由P3. 2端口線弓|入，低電平或下跳沿引起。INT1：外部中斷1,由P3. 3端口線弓|入，低電平或下跳沿弓起。TO：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷，由TO計(jì)滿回零引起。T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器l中斷，由T1計(jì)滿回零引起。TI/RI：串行1 /O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接收后弓1起。溫度傳感器在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決弓I線誤差補(bǔ)償問 題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá) 到較高的測(cè)量精度。我們?cè)跒楸錅y(cè)溫系統(tǒng)中，為了克服上面提到的三個(gè)問題， 采用了新型數(shù)字溫度傳感器 DS1820,在對(duì)其測(cè)溫原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提 出了提

23、高DS1820測(cè)量精度的方法，使DS1820的測(cè)量精度由0.5C提高到0.1 C 以 上，取得了良好的測(cè)溫效果。1) DS1820 簡(jiǎn)介DS1820是美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其部 使用了在版(ON-B0ARD )專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形加一只三 極管的集成電路。與其它溫度傳感器相比，DS1820具有以下特性。獨(dú)特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí) 現(xiàn)微處理器與DS1820 的雙向通訊。DS1820 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多 點(diǎn)測(cè)溫。C.DS1820在使用中不需要任何外圍元件

24、。溫圍一 55C+125C，固有測(cè)溫分辨率0.5C。測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送DS1820部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。DS1820測(cè)溫原理加圖5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很 小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振 蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器 被預(yù)置在- 55C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。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)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1,計(jì)數(shù) 器1的預(yù)置將重新被裝入，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)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停

25、止溫度寄存器值的累加，此時(shí) 溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖5中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過 程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。圖6累加器的運(yùn)算在正常測(cè)溫情況下，DS1820的測(cè)溫分辯率為0.5C以9位數(shù)據(jù)格式表示， 其中最低有效位（LSB ）由比較器進(jìn)行0.25C比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化成溫 度后低于0.25C時(shí)，清除溫度寄存器的最低位（LSB），當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化 成溫度后高于0.25C，置位溫度寄存器的最低位（LSB）。2）提高DS1820測(cè)溫精度的途徑a.DS1820高精度測(cè)溫的理論依據(jù)DS1820正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為0.5C,這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度監(jiān)

26、 測(cè)來講略顯不足，在對(duì)DS1820測(cè)溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，我們采取直接讀取 DS1820部暫存寄存器的方法，將DS1820的測(cè)溫分辨率提高到0.1C0.01C.表1 US1S20智為-奇存露斂布寄存器內(nèi)昨宇市地點(diǎn)度最 低 數(shù)字位0得度最高致字位1高沮阻蒞2樵溫限值34保蜜5計(jì)數(shù)剩條值G每度計(jì)教值7GRG校衰8DS1820部暫存寄存器的分布加表1所示，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄 存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值， 這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先用DS1820 提供的讀暫存寄存器指令（BEH）讀出以0.5C為分辨率的溫度測(cè)量

27、結(jié)果，然后切去測(cè) 量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)部分T整數(shù)，然后再用BEH 指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值M剩余和每度計(jì)數(shù)值M每度，考慮到DS1820測(cè) 量溫度的整數(shù)部分以0.25C、0.75C為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度T實(shí)際可用下式 計(jì)算得到：T實(shí)際=（T整數(shù)-0.25C）+（M每度一M剩余）/M每度測(cè)量數(shù)據(jù)比較表2為采用直接讀取測(cè)溫結(jié)果方法和采用計(jì)算方法得到的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)比較，通 過比較可以看出，計(jì)算方法在DS1820測(cè)溫中不僅是可行的，也可以大大的提高 DS1820的測(cè)溫分辨率。表2 DS 1820 Jl諉!誨結(jié)果與計(jì)算河沮翠果蓼;提比較灰澈T * W T21 一JO72

28、2D.吊邨234 .O（M）4ZX一 23昂3如跆49.3 觀452 .LJOOH431 .564 一蜘49K5M. 174679 .（MMJ55K7了令一】t&7&2.5001683&2.56&3）DS1820使用D注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)， 但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：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，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、6等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)， 對(duì)DS1820操作部分最好采用

29、匯編語言實(shí)現(xiàn)。在DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單息線上所掛DS1820 數(shù)量問題，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8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，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。連接。、1820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便信號(hào)波形產(chǎn) 生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820

30、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 布電容和阻擠匹配問題。d.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。3.3軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的的工作過程系統(tǒng)主程序流程圖加圖四所示：圖7系統(tǒng)主程序流程圖首先對(duì)特定的單元進(jìn)行清零，對(duì)8255A進(jìn)行初始化，然后根據(jù)實(shí)際情況和元 件特性，進(jìn)入溫度測(cè)量環(huán)節(jié)2。由于采用的是一線總線傳感器，所以，發(fā)操作命 令之前要首先進(jìn)行初始化，然后，發(fā)DS18B20

31、的序列號(hào)，即ROM匹配命令對(duì)單個(gè) 傳感器進(jìn)行操作，測(cè)量該傳感器點(diǎn)的溫度，連續(xù)6次，求平均值作為本次的測(cè)量 值，然后判斷溫度是否超標(biāo)。如果超標(biāo)就報(bào)警，根據(jù)傳感器的位置判斷啟動(dòng)相應(yīng) 的設(shè)備，再送去顯示；判斷如果350個(gè)點(diǎn)都已經(jīng)測(cè)量完成就顯示糧倉的平均溫度，如果沒完成就返回繼續(xù)進(jìn)行。讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM 的 9字節(jié)，在讀出溫度是需要CRC校驗(yàn)，效驗(yàn)有 錯(cuò)時(shí)要進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的該寫，如下圖所示。發(fā):罪過lOM命傘讀阪操fl、CRC校驗(yàn)圖8讀溫度流程圖溫度轉(zhuǎn)換子程序 溫度轉(zhuǎn)換子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用了 1s

32、顯示程序延時(shí)等待轉(zhuǎn)換的完成。其流程圖如下 所示。圖9溫度轉(zhuǎn)換流程圖發(fā)溫曳轉(zhuǎn)換開始命令圖9溫度轉(zhuǎn)換流程圖發(fā)溫曳轉(zhuǎn)換開始命令發(fā)DS1SB20K位命令發(fā)辟.弋ROM命令計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序是將RAM中讀取值進(jìn)行BCD碼轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定, 其流程圖如下圖所示。TT獨(dú)計(jì)算小數(shù)位溫度感巾溫度值取樸TT獨(dú)計(jì)算小數(shù)位溫度感巾溫度值取樸F擰“一”標(biāo)志；命整數(shù)任溫甌既D圖10計(jì)算溫度流程圖顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新顯示操作，當(dāng)最高顯示位 為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。其流程圖如下圖顯示。溫度數(shù)據(jù)樣入m示寄祥器圖11顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖3.4試驗(yàn)結(jié)

33、果通過此項(xiàng)設(shè)計(jì)的分析可得到如下結(jié)論：本系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)速度快、體積水、價(jià)格低廉的8位MCS51單片機(jī)，可以做 出可行、可靠性強(qiáng)的自動(dòng)控制產(chǎn)品-糧倉溫度的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在單片機(jī)應(yīng)用環(huán)境不是很惡劣的地方，利用軟件擠干擾也可以達(dá)到精度不高 的要求，而且，節(jié)省了硬件資源，降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，有助于產(chǎn)品的推廣。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)化電路，提高軟件質(zhì)量。本系統(tǒng)支持多功能模塊。如果再加上少許外圍器件，加語音芯片，環(huán)境溫度 傳感器，在軟件方面采用模糊控制技術(shù)，可以使糧倉的智能化大大提高。4結(jié)束語本設(shè)計(jì)以滿足工況需要，最大限度地提高工作效率和節(jié)省人力物力為出發(fā)點(diǎn), 采用的單片機(jī)AT89C51性價(jià)比高，而且溫度傳感器DS

34、18B20轉(zhuǎn)化溫度的方法非常 簡(jiǎn)潔且精度高，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溫度的巡回測(cè)量和顯示，并且對(duì)溫度超標(biāo)的情況能 夠報(bào)警同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)選擇性的處理，是糧倉溫度測(cè)量控制的首選產(chǎn)品。5參考文獻(xiàn)明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材 ：清華大學(xué)2004軍.檢測(cè)技術(shù)及儀表M.:中國輕工業(yè)2002.4凌玉華.單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)：中南大學(xué)2006鳴,車立新，興梧，煜.溫度傳感器DS18B20的特性及程序設(shè)計(jì)方法.電測(cè)與儀表(10).周月霞，傳友. DS18B20硬件連接及軟件編程J.傳感器世界，2001,(12).易雄，建雄DS18B20接口的C語言程序設(shè)計(jì).儀器儀表用戶,科技大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院,2005,067濤

35、.DS18B20芯片與單片微控制器的接口設(shè)計(jì)與應(yīng)用J.煤炭科技，(03).躍東.DS18B2 0集成溫度傳感器原理及其應(yīng)用J.工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)， 2002,(04) .Zhang Chunzhi Feng Haiming. Design of Micro-controllers Control System of Electric RefrigeratorJ .Journal of Beijing Vocational & Technical Institute of Industry.2002,(03).附錄1:源程序#includeUnsignedcharcodeDuan=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x63,0 x39;unsigned char Data_Buf