基于DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設計

魏慧竹

(沈陽理工大學 遼寧沈陽 110035)

基于DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設計

魏慧竹

(沈陽理工大學 遼寧沈陽 110035)

1 DS18B20的工作原理

DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3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送給計數(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)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。

由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。

由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。

2 AT89C52簡介

低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K BytesISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及AT89C52引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。

3 數(shù)碼管顯示電路

發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導體器件，其導電性質(zhì)與普通二極管類似。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個顯示字符，1個顯示小數(shù)點，故通常稱之為7段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器，為了顯示字符，要為 LED顯示器提供段碼（或稱字形代碼），組成個“8”字形的7段，再加上1個小數(shù)點位，共計8段。共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5 V, 每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮。

本設計采用LED數(shù)碼管顯示電路，該顯示電路由7段共陽數(shù)碼管，限流電阻，三極管，基極電阻，P0口，P2口等組成。P0口通過與電阻排與數(shù)碼管的8個數(shù)據(jù)位相連，送顯示數(shù)碼。電阻即可起到限流作用，又可起到上拉電阻的作用。P2口的P2.0～P2.3通過4個10kΩ的電阻和4個三極管與4個7段數(shù)碼管相連，起位選的作用。

溫度報警電路是檢測當前溫度的值并與預置的溫度上下限進行比較，當當前溫度超出預置的溫度上下限時，系統(tǒng)就會立即發(fā)出報警信號。此設計的溫度報警電路是由聲光報警電路組成，用到了蜂鳴器和LED發(fā)光二極管。

4 DS18B20復位檢測子程序流程

主機控制DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復位脈沖(最短為480us的低電平)，接著主機釋放總線進入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測到I/O引腳上的上升沿之后，等待15-60us然后發(fā)出存在脈沖(60-240us的低電平)。

DS18B20復位檢測子程序的主要功能為檢測DS18B20是否存在。若存在則將標志位FLAG1置1，反則置0.后續(xù)程序可以通過判斷標志位來決定進行何種操作。

溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms。

寫時間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)在線，在15us到60us之間對數(shù)據(jù)線進行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平，寫0就發(fā)生。在開始另一個寫周期前必須有1us以上的高電平恢復期。

讀時間片：主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。主機在讀時間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為60us,各個讀周期之間也必須有1us以上的高電平恢復期。如圖5-8.

讀溫度子程序只讀出DS18B20緩存器前4個字節(jié)的數(shù)據(jù)：溫度值LSB溫度值MSB、溫度報警值TH和TL，并將它們分別存入25H～28H單元中。

溫度計算子程序首先判斷溫度值MSB的符號位，當符號位S=0時，表示測得的溫度值為正，可以直接將二進制轉換為十進制；當符號位S=1時，表示測得的溫度值為負，要先將補碼變成原碼，再計算十進制值。計算時先將溫度值LSB的低四位取出，進行小數(shù)部分數(shù)據(jù)處理。再將溫度值LSB的高四位和溫度值MSB的低四位取出，重新組合后進行整數(shù)部分數(shù)據(jù)處理。

5 調(diào)試與仿真

軟件的仿真是用的Proteus ISIS，是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。將設計的電路圖連接好，將程序加入到AT89C52中，進行仿真，和多次的修改，最終得到預測的結果。

[1]彭桂蘭,張學軍,張新東.溫室環(huán)境計算機測控技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 [J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2001.

[2]彭里.溫室大棚檢測控制系統(tǒng)的研究 [J ].計算機工程,2000.

[3]何鵬,袁其,丁春欣.傳感器在溫室大棚環(huán)境控制中的應用 [J ].計算機與農(nóng)業(yè),2002.

[4]崔志富,趙亭荃,李建國.溫度傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用 [J ].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2002.

[5]周月霞,孫傳友. DS1820傳感器及其測溫方法的改進 [J ].石油儀器,2002.

TU7

B

1007-6344（2017）05-0124-01