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多點(diǎn)測溫系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域及其國民生產(chǎn)中有廣泛的用途。如在化工領(lǐng)域中，經(jīng)常需要檢測和控制反應(yīng)釜中的液體的溫度，使之能夠穩(wěn)定在一定的溫度范圍之內(nèi)；在糧食儲(chǔ)存以及加工過程中，會(huì)儲(chǔ)存高水分的糧食，高水分的糧食極易升溫發(fā)霉，因此糧食儲(chǔ)存的測溫顯得尤為重要。以往的測溫系統(tǒng)多采用熱敏電阻，精度低、易損壞，且模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好地解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測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)到較高的測量精度。 因此，在溫度測量系統(tǒng)中，具有足夠的精度和實(shí)時(shí)性，控制足夠的精度，并且盡可能具有較低的成本，這樣的產(chǎn)品才具有實(shí)用價(jià)值。本文采用新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，它具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，以單片機(jī)AT89C51為控制核心完成多點(diǎn)測溫的可行性設(shè)計(jì)方案。 1 DS18B20芯片特性及管腳介紹 1．1 DS18B20芯片特性 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器是新一代溫度傳感器，它具有微型化、低功耗，與其他溫度傳感器相比，具有以下特性：供電電源為3．0～5．5 V；獨(dú)特的單線接口方式，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；溫范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±O．5℃；可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0．5℃，0．25℃，0．125℃和O．0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫；轉(zhuǎn)換速度快；具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 1．2 DS18B20引腳功能 DS18B20有2種封裝形式：3腳TO-92直插式(用的最多、最普遍的封裝)和8腳SOIC貼片式，封裝引腳如圖1所示。 DS18B20各引腳的功能如表1所示。 2 DS18B20的控制時(shí)序 硬件結(jié)構(gòu)的簡單是以相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與單片機(jī)問采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，它們之間有嚴(yán)格的時(shí)隙概念。單線信號包括復(fù)位脈沖、響應(yīng)脈沖、寫“0”、寫“1”、讀“1”、讀“0”。 (1)初始化。時(shí)序見圖2(a)，主機(jī)總線t0時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480μs的低電平信號)接著在t1時(shí)刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)DS1820在檢測到總線的上升沿之后等待15～60μs，接著DS1820在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60～240μs)，如圖中虛線所示。 初始化時(shí)序、讀／寫時(shí)序分別如圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)昕示。 (2)寫時(shí)間隙。當(dāng)主機(jī)總線t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間隙，見圖2(b)。從t0時(shí)刻開始15μs之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DS1820 在t后15～60μs間對總線采樣，若低電平寫入的位是O，若高電平寫入的位是14；連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1μs(見圖2(c))。主機(jī)總線t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，總線只需保持低電平15μs之后，在t1時(shí)刻將總線拉高產(chǎn)生讀時(shí)間隙，讀時(shí)間隙在t1時(shí)刻后到t2時(shí)刻前(約15μs)產(chǎn)生讀時(shí)隙，t3時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位，然后將總線釋放。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 3．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。該系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為核心，由溫度傳感器DS18B20、開關(guān)和LCD顯示電路等構(gòu)成。其中第一個(gè)單片機(jī)作為從機(jī)，進(jìn)行8個(gè)溫度傳感器的采集，從機(jī)通過485接口與主機(jī)可以遠(yuǎn)距離相連，主機(jī)接開關(guān)，同時(shí)接液晶顯示，如果主機(jī)想知道某點(diǎn)的溫度可以通過合上某個(gè)開關(guān)檢測到相應(yīng)點(diǎn)的溫度，以做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。 3．2 數(shù)據(jù)采集 Atmel的AT89C5l單片機(jī)，內(nèi)有4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，128 B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，可直接推動(dòng)LCD。由溫度傳感器DS18B20采集被控對象的實(shí)時(shí)溫度，提供給從機(jī)AT89C51的P1．1口，作為數(shù)據(jù)輸入。 3．3 接口電路 主機(jī)的P2口接8個(gè)開關(guān)，P0與LCD相連，每條行線接10 kΩ的電阻到電源，作為上拉電阻。P2口的PO．1～PO．2作為液晶控制讀／寫使能端，P0．4～P0．7為LCD數(shù)據(jù)端口。 4 軟件部分設(shè)計(jì) 通過以上分析計(jì)算，在加上軟件編程如圖4所示，即可得到多點(diǎn)測溫。ROM的匹配先要另外寫一個(gè)程序讀取每個(gè)DSl8B2O的64位序列號，匹配時(shí)只需按照像往DS18B20里寫命令操作一樣即可。 初始化函數(shù)如下： 5 結(jié)語 本文在介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20的基礎(chǔ)上，采用AT89C5l單片機(jī)設(shè)計(jì)多點(diǎn)采集溫度系統(tǒng)的方案，并給出了重要電路圖和初始化DS18B20程序。該方案采用從機(jī)采集多點(diǎn)溫度，主機(jī)顯示溫度，主、從機(jī)之間通過RS 485通信，且具有廣闊的應(yīng)用前景。 |
