环境监控只能结构设计说明

1、环境监控智能结构设计第1章引言1.1 概述环境监控是一个重要的课题，特别是在工业应用场合中。通过对设备仪器的工作状况的监控，能够检测设备仪器的各种的工作异常情况，从而避免设备仪器由于环境的恶化而出现故障而蒙受经济损失；而设备仪器一般都有一定的温度的环境因数特性，在不同的工作环境下其性能会有稍微的变化，在精密的仪器和设备中，这种性能的变化往往是噪声系统的误差，从而降低了系统的性能，这种变化可以看成固定的变化，可以通过补偿的方法修正或者消除，从而提高系统的性能稳定性。所以有必要通过某种方法检测不同的环境参数，诸如温度、湿度、电网电压、电磁干扰等。1.2 目前国内外研究现状目前温度检测仪表种类繁多，

2、常用的温度检测仪表如图1-1所示。丁固体制眠式；系金属温度计等广题*“1液体膨胀式；水银或仃机液破璃温度计充气体式扭力式充液体式充有机茜汽“出m.金属型，伯热电组或刷热电阳超电阻式半导体型:热触电陷西通型热电偶裳面热电偶常用温度检网位*用电偶式镉射式标布化拈电偶I非接触式L特殊材蚪热电网全物射式v光学式I比色式热敏射测式博腹式热电偶快速阳耗型热电密 I钻黑热也偶红外线苴,无噌探利式格电探测:式图1-1常见温度检测仪表近年来，随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度检测技术的要求也愈来愈高，各国专家都在有针对性地竞相开发各种特殊而实用的测温技术，并取得了重大进展。新一代温度

3、检测元件如图1-2所示。热敏二极管型f晶体管温度传感器热敏晶体三极管型热敏晶闸管型电压型模拟式”J集成温度传感器SL电流型'|十数字式I智能温度传感器）新型温度传感嚣,电容温度传感器光纤温度传感器核磁共振温度传感器热噪声温度传感器激光温度传感器I德波温度传感器图1-2新一代温度检测元件1.3 课题设计的目的和意义各种环境参数中，其中最关键也最常见的一个参数就是温度参数。在实际应用中，由于设备的温度过高或者过低，造成的工作故障比比皆是，在普通的工作场合中，可以通过温度计人为的检测环境的温度，但是这种方法不方便，并且精度不高，操作性差，无法实现全自动生产。特别在对于可靠性要求很高的生产场合

4、中，是不允许有差错的出现，因为温度造成的故障会带来非常恶劣的效果。所以在现代的工业场所中，大体上都是采用温度湿度自动控制系统，通过总线把各个地方的温湿度信息送到集中处理计算机，进行监控。传统的方式一般采用热电偶或热电阻，其输出的模拟信号，需要经A/D转换后才能送入单片机等微处理器，这样的硬件电路结构复杂，制作成本较高。近年来，各种新型温度传感器和测量方法大量出现并成功应用。单总线数字式智能型传感器技术彻底改变了传统的温度测量方法，在粮库测温系统、冷库测温系统、智能化建筑控制系统、中央空调系统等多种系统中都需要多点温度测量系统。因此，多点温度测量技术实现尤为重要。本课题基于以上的目标，制作一个综

5、合的测试系统，可以同时检测多路系统的温度信息，并将温度信息实时的上传到上位机以供后续处理。基于AT89C5印片机、C语言和DS18B20专感器的多点温度测量系统设计，并对系统实际运行的结果数据进行分析。论文研究在理论和实践方面均具有重要意义，主要表现在：1 .降低测量成本。测量现场的智能传感器测得被测对象的数据信息后，通过网络传输给精密测控仪器或高档次微机去分析处理，既节约了人力物力，又提高了贵重复杂设备的利用效率。2 .提高了测量精度。论文通过温度传感器DS18B2眦取12Bit温度数据，进行计算处理，使温度数据可精确到小数点后4位，这在科学研究及工农业生产中都具有重要价值。3 .实现了报警

6、测控和资源共享。添加了蜂鸣器模块，设置了温度的限度并且在PC终端上进行测量和数据采集，可以远程监控过程和数据，使测量跨越了空间和时间的限制，并且能实现测量设备和测量信息等资源的共享。1.4 论文主要内容根据现有测温系统的缺点，我们提出了一种新型的测温方案，具有以下4个特性：1 .采用新型的数字温度传感器，简化测温电路。2 .数字信号传输，利于有干扰现场的应用。3 .建立温度采集电路和PC机之间的中行通信，实现温度数据的实时传输；并设计了温度信息数据库，实现对温度信息的存查询、显示和报表打印等功能，方便温度场的分析和模拟。4 .最大限度地减少布线工作量，降低系统的资金投入。为了达到上述4个目标，

7、我们提出了多点智能测温系统的方案，并为这个方案的实施找到了技术上的支持：1）选择DALLAS司生产的DS18B20乍为数字温度传感器，一条单总线上可挂接多个DS18B20很方便地组成多点测温系统，分辨率可达0.0625C；且省去了传统的A/D转换单元，简化测温电路。2）设计了实用的双层总线结构，分别是室内测温层和温度数据传输层。3）采用单总线作为室内测温层总线，简化布线工作；通过RS232总线实现温度采集电路和PC机之间的中行通信。实时温度高精度测量，本系统能够通过多个温度传感器（3x7的矩阵）实时检测被测对象的温度信息，测量精度精确到小数点后4位。在测量现场通过LCD显示模块SMC1602A

8、!行本地显示。根据实际需要，所检测的温度点数是可以扩展的。1.5 多点温度测量系统整体结构分析论文研制的基于智能传感器的多点温度测量系统的整个测量系统的结构框图如图1-3餐痴器T空调机DS18B2024co4处理控制能元海登传®器b）液晶显示模块c）温度处理控制模块d）中行接口1-3测量系统的结构框图其主要功能是在现场对被测温度进行采集、 计算和处理，其中主要包括以下5 个部件的设计：第2章多点环境监测系统的总体设计2.1 具体方案1.1 难发现现场总线的数字化正好解决了本系统要求的第1、2特性，而现场总线所具有的多点通信的功能又为第3、4项特性的实现扫清了道路。因此，能否选择一种适

9、合于多点温度测量系统的总线结构就成为本系统成败的关键。目前国际上的现场总线种类繁多，没有统一的标准。既然系统设计是为了完成预期的功能，那么我们完全可以自主构建一个总线结构。温度传感器的选择是本系统的关键。由于智能温度传感器采用数字化技术，能以数据形式输出被测温度值，具有测温误差小、分辨力高、抗干扰能力强、用户可设定温度上下限、具有超限自动报警功能，并且带中行总线接口，适配各种微控制器，因此我们采用智能温度传感器。我们采用DALLA引导体公司生产的新型数字温度传感器DS18B20因为和其他数字温度传感器相比，它更适合本系统，比较结果见表2-1所示。可见DS18B20具有测温准确度高、总线挂接负载

10、能力强的优势。它集温度测量、报警监测和数据通信多种功能于一体，并且兼容于DALLAS司提出的单总线，可以很方便的组成底层总线。由于这层总线的主要功能是完成变风量空调实验室内温度的检测，所以称之为测温层总线。表2-1数字温度传感器的比较传感器使用总线测温准确度测量范围（C）总线最多挂接传感器数量LM751A2c3c-25+1008LM74SPI3c-55+1258MAX65751-Wire0.8C-55+1258DS18201-Wire0.5C-55+12580100DS18B201-Wire0.5C-55+12580100,分辨力可编程测温层总线由AT89C52单片机进行控制，单片机完成对总线

11、上所有DS18B20发布命令和接收数据。另外，它还是温度传输层总线不可缺少的一部分。单片机在获取温度数据后需要进一步和PC机通信。本系统中只有一个单片机和PC进行中行数据通信，通信距离在10m以内，因此选择RS-232标准作为申行数据通信的物理层协议。这层总线结构主要实现温度数据的传输，所以称之为温度传输层总线。系统的总体结构框图如图2-1所示。AT89C52单片机P1口的8条口线作为8条单总线，每条单总线上挂接DS18B20因此完全可以满足此系统温度场测量的需要。温度传输层RS232总线单片机MAX232E图2-1测温系统总体结构框图1.2 系统主要技术参数系统主要技术参数：1、检测范围：0

12、.0099.9C2、可扩充到：-55+125C3、检测误差：±0.5C4、采样速率：30分钟5、硬件平台：微型计算机采用普通的PC机6、软件平台（1）Windows操作系统（2）应用软件温度数据的采集与处理数据的串行通信与存储功能1.3 本论文中元器件的选择1.3.1 数字温度传感器概述在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨率只能达到1C。目前国外己相继推出多种高精度、高分辨率的数字温度传感器，所采用的是912位A/D转换器，分辨率一般可达0.50.0625C。由美国DALLAS导体公司新研制的DS1624型高分辨率数字温度传感

13、器，能输出13位二进制数据，其分辨率高达0.03125C,测温精度为土0.2C。为了提高多通道数字温度传感器的转换速率，也有的芯片采用调整逐次逼近式A/D转换器。以AD781况5通道数字温度传感器为例，它对本地传感器、一路远程传感器的转换时间分别为27us、9uso新型数字温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线数字温度传感器增加了实时日历时钟（RTC）,使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256Byte的EA2PROlW储器，可存储用户的短信息。另外，数字温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研究和开发多路温度测控系统创造了良好条件。数字温度

14、传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩大模式，操作非常简便。对某些数字温度传感器而言，主机（外部微处理器或单片机）还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率（典型产品为MAS6625）数字温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统；他们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。目前，数字温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线（l-wire）总线、|a2c总线、SMBUSS、线和SPI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。数字温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适合各种微控

15、制器（MCU）并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测量功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。本论文研制的温度检测系统要检测的温度范围为0.0000C99.0000C,可选用的常用温度传感器有集成温度传感器、热电偶、热电阻等。集成温度传感器(如AD590DS18B20等)使用方便，信号易于调理，它们的测温范围普遍窄，一般在200c以下，基本可以满足要求。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，其优点是测量精度高、测量范围广，常用的热电偶从-50C+1600C均可连续测量。但需要采用电路或软件设计等修正方法来补偿冷端t0W0C时对测温的影响，使用不便。热电阻也是最常用的一种温度传感器。它的主

16、要特点是测量精度高，性能稳定,使用方便，测量范围为-200C600C,完全满足要求，考虑到铝电阻的测量精确度是最高的，但在价格方面偏贵，所以本课题最终选择DS18B20乍为实际应用的温度传感器。DS18B2O字温度彳感器是DALLA宓司生产的1-Wire,即单总线器件，具有线路简单、体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单、能耗低、可靠性高的优点。DS18B20*身包括寄生电源、温度传感器、64bit激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)存储与控制逻辑、用于存储用户数据的温度上下限值的TH和TL触发器、结构寄存器8bit循环冗余校验码(CRC)发生器等8

17、部分。它通过编程可实现9Bit至12Bit的数字值读数方式，在93.75ms和750ms内，能将温度值转化为9Bit和12Bit的数字量。而且DS18B20与单片机之间的通信是利用1-Wire方式，只要在编程方面多注意这个传感器的时序问题，就能大大简化这个系统的硬件规模，使系统结构更趋简单，同时，可靠性更高。并且能准确地读取温度信号，进而后续处理。所以选择DS18B20乍为本论文的温度传感器很符合设计思路。1.3.1.1 DS18B20性能参数介绍DS18B20®度传感器特点如下：(1)独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。(2)在DS18B2(fr的每个器件上都有独一无二的64位

18、的序列号存储在内部存储器中。(3)实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温，简单地多点分布式测温应用测量温度范围在-55C到+125C之间。(5)可通过数据线供电。供电范围为3.0V5.5V。(6)数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。(7)用户可定义的非易失性温度报警设置，内部有温度上、下限告警设置T0-92封装的DS18B2W度传感器的弓唧排歹I见图2-2所示。氐耳一省三OS 滔K二 TX.8I maI DOI GMOS笆汽SOI匚沟一匚CSU祸，SB图2-2DS18B20引脚图DS18B2W度传感器的引脚功能描述如表2-2所示,表2-2DS18B20引脚功能描述8引脚封装0-9

19、封装符号说明51GND接地。42DQ数据输入/输出弓1脚。对于单线操作：漏极开路。当工作在寄生电源模式时用来提供电源(建“寄生电源”节)33VDD可选的VDD5I脚。工作与寄生电源模式时VDD必须接地。DS18B2(rt部结才如图2-3所示，主要由4部分组成：64bitROM温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器图2-3DS18B20内部结构图1.3.1.2 DS18B20的测温原理DS18B20勺测温原理如图2-4所示，它运用了一种将温度直接转换为频率的时钟计数法。图2-4中低温度系数振荡器的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数振荡

20、器随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55C所对应的基数值。计数器1对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器中的值将加1,计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行计数，如此循环，直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度，斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器1的预置值。预置-I三一计数比较据-1rqi低温度系数施期器IM喊嬴效器1II预置Ii增加1减到口温度寄存器上停止高温度系

21、数振荡雅其减法计数器2J减到0图2-4DS18B20测温原理框图1.3.1.3 DS18B20自动搜索算法由于系统使用了多片DS18B20构成温度传感器网络，因此，如何准确、有效地对每一温度传感器进行寻址成为该系统设计的一个核心问题。结合DS18B20的实际特点和系统的需求，提出如下解决方案：首先利用DS18B20的内部报警上限寄存器（如表2-3所示，以下简称“TH寄存器"）存放温度传感器的编号，并将其编号贴在温度传感器表面。由于TH寄存器具有掉电不丢失数据功能，因此，便把每片DS18B20的唯一64位注册码及其编号对应起来。这一过程需要对DS18B20进行单独编程。然后，将确定好编

22、号的温度传感器接入单线网络，利用DS18B20特有的单线网络自动搜索功能，即可搜寻到每片DS18B20的注册码，再利用该注册码和相应的ROMIS作指令，即可从每片DS18B20的TH寄存器中读出相应的设定编号，实现每片DS18B20的寻址功能。下面重点介绍一下该自动搜索功能。每片DS18B20有唯一的64位注册码，存储在只读存储器（ROM汨，其结构如下：表2-3TH寄存器MSB64位注册码LSB8位CRCK验码48位序列号8位家庭码其中低8位是产品的工厂代码（DS18B20为28H）,接着是每个器件的唯一序号，共48位，最高8位是前56位的循环冗余校验码。这就准许总线主机对总线上特定的DS18

23、B20!行寻址。只有与64位注册码严格相符的DS18B20才能对后续的操作作出反应。所有与64位注册码不符的DS18B20将等待复位脉冲。搜索算法首先通过复位和在线应答脉冲时序将单线总线上的所有DS18B20复位。成功地执行该操作后发送1字节的搜索命令，使所有连接到单总线的DS18B20准备就绪，开始进行搜索操作。搜索命令发出之后，开始实际的搜索过程。首先，总线上的所有DS18B20同时发送注册码中的第1位（最低有效位，参见上述DS18B20内部64位注册码结构）。按照单总线的特性，当所有DS18B20R时应答主机时，结果相当于全部被发送数据位的逻辑“与"。DS18B20g送其注册码

24、的第1位后，主机启动下一位操作，接着DS18B20g送第1位数据的补码。从两次读到的数据位可以对注册码的第1位作出几种判断，如表2-4所列。然后，主机向总线上的所有器件发回一个指定位。如果DS18B20中注册码的当前位的值与该数据位匹配，则继续参与搜索过程；若DS18B20的当前位与之不匹配，则该器件转换到等待状态并保持等待状态，直到下一个复位信号到来。其余63位注册码的搜索依然按照这种读2位写l位的模式进行重复操作。按照这种搜索算法进行下去，最终除了唯一一个DS18B2C#,所有DS18B20等进入等待状态，经过最后一轮检测就可得到最后保留未进入等待状态的DS18B20的注册码。在后续搜索过

25、程中选用不同的路径或分支来查找其他器件的注册码，即可完成所有器件注册码的识别。表2-4两次数据位与结论对照表位（实际值）位（补码）结论00当前位既有0,又有1,存在差异01当前位均为010当前位均为111总线上没有器件响应DS18B20内部存储器如图2-5所示。它由便笺式RAM和非易失性可电擦写EA2RAM&成。DS18B20勺高速暂存寄存器的存储分配图：便笺RAM字节e/am温度低字节0温度高字节1报警上限，用户定义字节12报警上限/用户定义字节】报警下限/用户定义字节23报警下限,用户定义字节2超置字节4配置字节保留5保留6保留7CRCS图2-5DS18B20高速暂存寄存器的存储分

26、配图高速便笺式存储器中的第4个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度转换的分辨率。该字节各位的定义如下:TMR1R011111MSBLSB第04位在写操作时不予考虑，读出时总是“1”；第7位是测试模式位，用于设置DS18B20ft工作模式还是在测试模式，在DS18B20B厂时该位被设置为0,即工作模式，用户不要去改动，R1、R0是可编程温度分辨率位。通过对这两位进行不同的编程，可设定不同的温度分辨率和最大转换时间，详见表2-5o由表2-5可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间之间权衡考虑。DS18B2aB厂在R1和R0均被配置为“1”，即

27、工作在12位模式下。表2-5设定分辨率和最大转换时间R1R0DS18B20勺工作模式温度分辨率/c最大转换时间（m§0090.593.7501100.25187.510110.12537511120.0625750当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换，转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第0、1字节。在执行读便笺RAM0T令后，可将这两个字节的温度值传送给总线命令者。DS18B23：作在12位模式下，温度字节的位定义如下：SSSSS2A62A52A4MSB高字节LSB2A32A22A12A02A-12A-22A-32A-4MSB低

28、字节LSB其中S为符号位，S为0时代表温度值为正，S为1时代表温度值为负。当DS18B2CC：作模式依次选择11位、10位和9位时，末尾为零的低位数就分别对应于一位、两位和三位，举例说明，当工作模式选择10位时，最低两位（即2一4位和23位）均为。总有效位变成10位。其中，数字位占9位，符号位占1位。对应的温度计算二当符号位S=0时，直接将二进制数转换为十进制，乘以相应的温度分辨率即可，当S=1时，先把16位二进制数求补码后转化成十进制数，然后乘以相应的温度分辨率并在前面加上负号即可。DS18B20X作在12位分辨力时初始值默认为+85C,部分温度与数字输出的对应关系见表2-6。表2-6DS1

29、8B20温度与数字输出的对应关系温度（C）数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+125000001111101000007D0+8500000101010100000550+25.062500000001100100010191+10.125000000001010001000A2+0.500000000000010000008000000000000000000000-0.51111111111111000FFF8-10.1251111111101011110FF5E-25.06251111111001101111FE6F-551111110010010000FC90非易失性温度报警触发器

30、TH和TL,可通过软件写入用户设定的报警上、下限。在完成温度转换后，DS18B2CB把测得白温度值T同THTL作比较。若T>TH或T<TL则将该器件的报警标志置位，并对总线命令者发出的报警搜索命令作出响应。1.3.1.4 DS18B20编程设计由于DS18B2原用白是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线上实现数据的双向传输，而对单片机嵌入式系统来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，论文必须采用软件编程的方法通过模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。DS18B20®过严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。通信协议规定了复位脉冲、应答脉冲、写0

31、、写1、读0和读1等几种信号的时序。除了应答脉冲，其余信号均由主CPU空制。主CPU!过时序（亦称作“时间片”）来写入或t出DS18B2（fr的数据。时序用于传输数据位和指定何种操作的命令字。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。每次对DS18B20B勺访问，都必须按下面工作流程进行：初始化ROMS作指令一存储器操作指令一数据处理。DS18B2的用户提供了5个ROMT令

32、和6存储器命令，而具体命令信息的传送，则主要通过初始化时序、读时序、写时序三个基本时序单元的组合来实现。DS18B20M有以下几种基本的控制命令，如表2-7。由微控制器向DS18B2C®送相应命令，完成对温度传感器的操作。表2-7DS18B20控制命令ROM类命令代码说明读ROM33H读DS18B20勺序歹口号匹配ROM55H根据编码值查找器件，用于多个DS18B20寸的定位跳过ROMCCH跳过读取编码值操作搜索ROMF0H识别总线上各器件的编码,为操作各器件做好准备报警搜索ROMECH搜索报警器件存储器类读暂存器BEH从高速暂存器读取温度值和CRCB写暂存器4EH将数据写入高速暂存

33、器中第2和第3字节复制暂存器48H将高速暂存器中第2和第3字节复制到EA2RAM重调EA2RAMB8H将EA2RAMft容写入高速暂存器中第2和第3字节读供电方式B4H读取DS18B20I勺供电方式温度转换44H启动在线的DS18B20故温度转换下面对论文中所用的初始化、读写DS18B20?序分别作分析1.初始化单线总线上的所有处理过程均从初始化开始。初始化包括首先由主CPU发出一个复位脉冲，然后由从属器件发出应答脉冲，通知主CPUW0 崎 nininiun等铐饵埼一 4S0minimun tELSBM）存王料冲%,总线GHD强S3含.父总防制器位电平DS1髓2端电中电闹上拉图2-6DS18B

34、20初始化时序波形图初始化开始时CPUT先发出一个复位信号，将单线总线上所有DS18B20r位;然后释放单线总线，改成接收状态，单线总线被上拉电阻R拉成高电平。在检测到此上升沿后，DS18B2琳要等待1560uS才向主CPU发出响应脉冲。初始化过程的时序波形如图2-6所示。此后便可对ROMRAMS行操作。图2-7初始化流程图DS18B200始化子程序:; 初始化DS18B20-Init_1820 : SETB TMDAINOPCLR TMDAIMOV R0 #150DJNZ RQ $SETB TMDAINOPNOPNOPMOV R0 #15DJNZ RQ $MOV R0 #30TSR2 JNB

35、 TMDAT TSR3DJNZ R0, TSR2AJMP TSR4TSR3 SETB FLAGIAJMP TSR5TSR4 CLR FLAGIAJMP TSR7TSR5 MOV R0 #120TSR6 DJNZ RQ TSR6TSR7 SETB TMDATRET;TMDA为微处理器Pl.0口;初始化开始，主机发延时脉冲;拉高数据线;等待60us;等待DS18B2C0应;等待最大时间为240us;置标志位，表示DS18B20ff在;清标志位，表示DS18B2不存在;时序要求延时480us;拉高数据线2.写时序主cpurnF0线（即单线总线，亦称数据线）从高电平拉至低电平时，作为一个写周期的开始。

36、写时序包括两种类型：写1时序，写0时序。写1或写0时序时必须保持至少60us,在两个写周期之间至少要有lus的恢复期。DS18B20ftI/O线变为低电平后的1560us的时间内进行采样。若I/O线为高电平，即认为写入了一位l;若I/O线为低电平，即认为写入了一位00主CPUS开始写1周期时，必须将I/O线拉至低电平，然后再释放，15us内将I/O线拉成高电平。主CPUft开始写0周期时，也应将I/O线拉至低电平，并保持60us的时间。3.读时序当主CPU将I/O线从高电平拉成低电平时，就作为一个读周期的开始，并且I/O线保持低电平的时间至少为lus。DS18B20勺输出数据在读时序下降沿过后

37、的15us内有效。在此期间，主CPUE释放I/O线，使之处于输入状态以便读取数据。经过15us后读时序结束，I/O线经外部上拉电阻又变成高电平。读取一位数据至少需要60us时间，并且在两位数据之间至少要有lus的恢复期。读写时序的波形如图2-8。鼠1!=£|£: 上担里辛蹋五出用Q电 闫殂上拉图2-8读写时序图写DS18B2航程图:写DS18B20f程序命令写入DS18B20Write_1820:MOVR2#8次写入8Bit数据CLRC;累加器进位清0WRICLRTMDATMOVR3#4;按时序要求延时DJNZR3$RRCAMOVTMDATC库将1Bit数据由移至寄存期CY

38、写入DS18B20MOVR3#15DJNZR3$;按时序要求延时，保证数据写入SETBTMDATNOPDJNZR2WRI;分8次写入一个字节的数据SETBTMDAT;一个字节数据写完后拉高总线电平RET读DS18B20子程序：从DS18B20实取温度数据;从DS18B20中读出2Byte的温度数据，分别放入 28H, 29HRead_1820 MOV R4 #2 出MOV R1 #29HRE00 MOV R2 #8RE01: CLR CSETB TMDAINOP;将温度高低位分别从DS1SB20勺暂存器内读;低位存29H,高位存28H;数据共8Bit;清进位CLR TMDAINOPNOPSET

39、 TMDAI MOV R3 #1 DJNZ R3 $ MOV C TMDAI MOV R3 #15 DJNZ R3 $ RRC ADJNZ R2 RE01MOV R 1ADEC R1DJNZ R4 RE00 RET;按时序准备读取温度数据;将1Bit温度数据读入C;延时保证读入1Bit数据;将IByte数据写入累加器A;将DS1SB201低位数据存入寄生电源和外接电源方式，连接方法如图2-11所示。DS18B20M种供电方式:AT8X51连接其它单总线翳件+5V.7WP1.0DS18B201GND(h)外接电源供电方式+5V图2-11DS18B20两种供电方式寄生电源方式下，DS1SB20勺V

40、DD®和GNW都接地，只用一根单总线和主机通信及获取电源。单总线上接4.7k的上拉电阻，和DS18B2*片的寄生电容形成充放电电路；外接电源方式下，DS18B20勺VDD®外接一个+3+5V电源，GNW接地。可见寄生电源方式可以省掉一根电源线，大大较低了布线的成本，但是当总线上节点较多且同时进行温度转换时，容易造成供电不足且所需的转换时间较长。外接电源方式稳定可靠，测量速度较快。所以本系统采用外接电源供电方式。2.3.2 AT89S52微控制器相关介绍论文采用AMTE公司生产的AT89S52散处理器对DS18B20!行读写操作，并处理计算温度数据。AT89S52是美国ATM

41、E公司生产的低功耗、高性能CM0ssbit单片机，片内含4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用AMTEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚，它集Flash程序存储器即可在线编程（ISP）编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATME公司的功能强大，且芯片价格便宜，因此，近年来得到了极其广泛的应用。L.11i3.7*7图2-12单片机外观图AT89S52单片机的外观图、基本结构及其引脚设定见图2-12,图2-13,图2-14所示。图2-13单片机结构图E*nV)-ecrvl二 OYI-3£(雪 0 sn 昱 l £ n o

42、liexzarl CZVJ 工 dn y & n wss £ m WJ中Nd门.一口 duozoLJ二* lx zu攵 u w 眩 u叫£ (隹) USEdh匚 u F£s二 口 sdLLLNP 口 HE迄石z L 室(口Kt 口 QExsg u L ul i bosJ u5L1(osw u q LL(范 ord u * E u £汰 E £u LLa图2-14单片机引脚图AT89S5综构特点如下：(l)、8位CPU(2)、片内震荡及时钟电路；(3)、32根I/O线；(4)、外部存储器寻址范围ROMRAM&64K;(5)、2个1

43、6位的定时器/计数器；(6)、5个中断源，2个中断优先级；、全双工串行接口。AT89S52单片机的存储器结构特点之一是将程序存储器和数据存储器分开,并有各自的寻址机构和寻址方式，这种结构称为哈佛结构单片机。这种结构与通用微机的存储器结构不同，一般微机只有一个存储器逻辑空间，可随意安排ROM®RAM访存时用同一种指令，这种结构称为普林斯顿型。AT89S52单片机在物理上有四个存储空间：片内程序存储器和片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。AT89S52片内有256Kb数据存储器RAMF口4KB的程序存储器ROM除此之外，还可以在片外扩展RAMF口ROM并且各有64KB的寻址范

44、围。也就是最多可以在外部扩展2*64KB存储器AT89S52的存储器组织结构如图2-15所示。CFFF0000FT?100C肉部舫It加1外部外群FFF?外部oooc图2-15单片机存储器组织结构图2.3.3 DM-1602液晶显示器简介论文采用DM-1602液晶显示器作为显示器。该模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分2行16个字。该模块内部的字符发生存储器（CGROM）经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。和其他模块相比，该模块功耗低、体积小、重量轻、寿命长，并且不需要CCFLT光逆变器和DC

45、-DO示驱动电源，与MCUS口简单等特点。主要技术参数如表2-8所示，接口信号说明如下表2-9所示。表2-8DM-1602技术参数显示容量16*2字符芯片工作电压4.55.5V工作电流2.0m(5.0V)模块最佳工作电压5.0V字符尺寸2.95*4.35(WXHmm表2-9DM-1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DataI/O2VDD电源止极10D3DataI/O3VL偏压信号11D4DataI/O4RS数据/命令12D5DataI/O5R/W读/写13D6DataI/O6E使能端14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光正极8D1DataI/O

46、16BLK背光负极外形尺寸如图2-16所示图2-161602外形尺寸接下来介绍DM-1602夜晶显示器的程序设计。1 .指令说明1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-8所示，它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（注：1为高电平、0为低电平）。2 .DM1602液晶显示器基本操作时序读状态：输入：RS=LRW=HE=H输出：D0D7默态字写指令：输入：RS=LRW=LD0D7指令码，E*脉冲输出：无读数据：输入：RS=HRW=HE=H输出：DOD微据写数据：输入：RS=HRW=LDOD微据，E二高脉冲输出：无表2-10DM-1602指令表指令RSR/WD7D

47、6D5D4D3D2D1D0清显示0000000001光标返回000000001*置输入模式00000001I/DS显示开/关控制0000001DCB光标或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符发生存储器地址0001字符发生存储器地址（AGG置数据存储器地址001显示数据存储器地址（ADD读忙标志或地址01BF计数器地址（AQ写数据到CGROM10要写的数从CGROM数11要读的数读时序曲线如图2-17所示:图2-17DM1602读时序图写时序曲线如图2-18所示:图2-18DM1602写时序图3.液晶显小流程图如图2-19所小图2-19液晶显示流程图4.液晶显小子程

48、序如下：； 液晶模块初始化；向1602液晶模块写入显示信息DISPLCD MOV LCD#01HLCALL ENABLEMOV_CD #38HLCALL ENABLEMOV LCD #0FHONLCALL ENABLEMOV LCD #06HLCALL ENABLE;- 液晶模块显示程序-DISPLCD1 MOV LCD#80H;写指令01H,清屏;写指令38H,设定LCD为16*2显示5*7点阵，8位数据接口;写指令0FH,显示、光标、闪烁;写指令06H,光标输入方式增量移位ACALL ENABLE;第一行显示第1个字符的位置;第二行位置MOVLCD#0C0HLCALLENABLEJNBDS

49、18B20DSERR2;判断DS18B201否正常MOVDLCD1#20HENABLEMOVDLCD2#54H;写命令时序CLRRSSETBEWRITE1MOVR1#16A1:MOVAR0CALLWRITE2INCR0DJNZR1,A1WRITE2RET;写单个字符2.3.4MAX232串口芯片简介论文中，AT89S52f以太网控制器的通信主要通过中行口来实现。AT89S52的10脚(RXD)和11脚(TXD)提供了一个中行接口，采用TTL电平标准。而以太网通信单元中行口所采用的是RS-232标准的用行口标准。因此需要一个设备进行两个用口标准之间的转换，论文采用MAXIM公司生产的Max232

50、转换芯片，该芯片能将通信信号从TTL电平转换为RS-232标准电平，图2-20为Max232E片引脚图。CH vs+iC1-C2+C2-VS.T2OUT (R2IN 2153144135126II71099】vccGNDT10UTRIINRI OUTTUNT2INR2OUT图2-20MAX232引脚图引脚定义如表2-11所示表2-11RS232引脚定义引脚号符号方向功能1DCD输入数据载体检测2TXD输出发送数据3RXD输入接收数据4DTR输出数据终端准备好5GND信号地6DSR输入数据通讯设备好7RTS输出请求发送8CTS输入清除发送9RI输出振铃指示第3章系统的硬件结构设计及程序编程本章重

51、点介绍将DS18B20应用在单总线上组成测温层，并设计了稳压电源电路、DS18B20与单片机的连接电路、PC与单片机的连接电路、外围电路等以及软件编程。3.1 稳压电路设计3.1.1 稳压电源的组成在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成可以用图3-1表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。交流电旭学压图3-1直流稳压电源结构图电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还包含较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般

52、有±10流右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。3.1.2 稳压电路设计论文采用7805三端固定输出稳压器作为下位机稳压电路的稳压器件，7805三端固定输出稳压器是一种串联调整式稳压器。它将全部电路集成在一块芯片上，整个集成稳压电路只有输入（Vi）、输出（Vo）和公共端（COM三个引出端，其内部由恒流源、基准电压源、取样电阻、比较放大、调整管、保护电路、温度补偿电路组成，输出电压值为+5V。7805三端固定输出稳压器，因内部有过热、过电流保护电路，因此它的性能优良、可靠性高，又因为这种稳压器具有体积小、使用方便、价格低廉等优点，所以得到广泛应用。稳压电路的原理图如图3-2所示。图3-2稳压电路原理图为了改善纹波特性，在输入端加接电容Ci,一般取值为0.33pf,在输出端加接电容Co,一般取值0.1pf,其目的是改善负载的瞬态响应。输入电压的选择是：(3-1)UimaxUiU0i111ax、式中，Uimax为产品允许的最大输入电压；