基于單片機的糧倉溫度控制系統畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 N一BOARD)專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三級管的集成電路內。一線總線獨特而且經濟的特點，使用用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。現在，新一代的DS18BZO體積更小、更經濟、更靈活。使你可以充分發揮“一線總線”的優點。 DS18B20 的性能特點（1） 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通訊；（2） 在DS18B20中的每個器件上偶有獨一無二的序列號，因此多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現多點組網功能；（3） 實際應用中不需要任何外部器件即可實現（4） 可通過數據線供電，~；（5） 零待機功耗（6） 數字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇（7） 用戶可定義的非易失性溫度報警設置（8） 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件（9） 負溫度特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作、 DS18B20的外形和內部結構DS18B20 內部結構主要由四部分組成：64 位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH 和TL、配置寄存器。DS18B20 的管腳排列如圖47所示:引腳定義：(1) DQ 為數字信號輸入/輸出端；(2) GND 為電源地；(3) VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 圖47 DS18B20 的管腳排列圖DS18B20采用3角PR35封裝或8角SOIC封裝，其內部結構如圖48所示：64位ROM 和單線接口電流檢測存儲器和控制器 高速 緩存存儲器8位CRC生成器溫度敏感元件低溫觸發器TL高溫觸發器TH配置寄存器圖48 DS18B20 內部結構圖DS18B20 有4 個主要的數據部件：（1）光刻ROM 中的64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20 的地址序列碼。64 位光刻ROM 的排列是：開始8 位（28H）是產品類型標號，接著的48 位是該DS18B20 自身的序列號，最后8 位是前面56 位的循環冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM 的作用是使每一個DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20 的目的。（2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12 位轉化為例：用16 位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，℃/LSB 形式表達，其中S 為符號位。表42 DS18B20 溫度值格式表 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 LS Byte Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit 9 Bit 8MS Byte 2223 21 2021 2223 24 SS S S S 262524這是 12 位轉化后得到的12 位數據，存儲在18B20 的兩個8 比特的RAM 中，二進制中的前面5 位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5 位為0， 即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5 位為1，測到的數值需要取反加1 即可得到實際溫度。例如+125℃的數字輸出為07D0H，+℃的數字輸出為0191H，℃的數字輸出為FF6FH，55℃的數字輸出為FC90H。 （3）DS18B20 溫度傳感器的存儲器DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發器TH、TL 和結構寄存器。表43 DS18B20 溫度數據表TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT (Binary) DIGITAL OUTPUT (Hex) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0h +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550h +℃ 0000 0001 1001 0001 0191h +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2h +℃ 0000 0000 0000 1000 00008h 0℃ 0000 0000 0000 0000 00000h ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8h ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5Eh ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6Eh 55℃1111 1100 1001 0000 FC90hThe power –on reset value of the temperature resister is +85℃ THE （4）配置寄存器該字節各位的意義如表44所示：表 44 配置寄存器結構111R0R1TM11 低五位一直都是1 ，TM 是測試模式位，用于設置DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1 和R0 用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20 出廠時被設置為12 位）分辨率設置如表45所示： 表45 溫度值分辨率設置表R1R0分辨率溫度最大轉換時間009位0110位1011位375ms1112位750ms由表45可見，DS18B20溫度轉換時間比較長，而且設定的分辨率越高，所需要的溫度轉換時間就越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存存儲器由9 個字節組成，其分配如表46 所示。當溫度轉換命令發布后，經轉換所得的溫度值以二字節補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0 和第1 個字節。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后，數據格式如表1 所示。對應的溫度計算：當符號位S=0 時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1 時，先將補碼變為原碼，再計算十進制值。表 43 是對應的一部分溫度值。第九個字節是冗余檢驗字節。 表 46 DS18B20 暫存寄存器分布8CRC 檢驗7 保留6 保留5 保留4配置寄存器3低溫限值 TL 2 高溫限值 TH 1溫度值高位 0溫度值低位 字節地址寄存器內容根據 DS18B20 的通訊協議，主機控制DS18B20 完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20 進行復位，復位成功后發送一條ROM 指令，最后發送RAM 指令，這樣才能對DS18B20 進行預定的操作。復位要求主CPU 將數據線下拉500 微秒，然后釋放，DS18B20 收到信號后等待16～60 微秒左右，后發出60～240 微秒的存在低脈沖，主CPU 收到此信號表示復位成功。 表 47 ROM 指令表指 令約定代碼功 能讀 ROM33H讀DS1820ROM 中的編碼（即64 位地址）符合 ROM55H發出此命令之后，接著發出64 位ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應的DS1820 使之作出響應，為下一步對該DS1820 的讀寫作準備。搜索 ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS1820 的個數和識別64 位ROM 地址。為操作各器件作好準備。跳過 ROM0CCH忽略64 位ROM 地址，直接向DS1820 發溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執行后只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應。表 48 RAM 指令表指 令約定代碼功 能溫度變換44H啟動DS1820 進行溫度轉換，轉換時最長為500ms（典型為200ms）。結果存入內部9 字節RAM 中。讀暫存器0BEH內部RAM 中9 字節的內容寫暫存器4EH發出向內部RAM 的4 字節寫上、下限溫度數據命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節的數據。復制暫存器48H將RAM 中第4 字節的內容復制到EEPROM 中。重調 EEPROM0B8H將EEPROM 中內容恢復到RAM 中的第4 字節。讀供電方式0B4H讀DS1820 的供電模式。寄生供電時DS1820 發送“0”，外接電源供電DS1820 發送“1”。 DS18B20單總線(1一Wire)的基本原理單總線(l—Wire)[均是Maxim全資子公司Dallas的一項專有技術。與目前多數標準串行數據通信方式，如SPI/I2C/CROWIRE不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向，它具有節省I/O口線資源、結構簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優點。1一Wire單總線適用于單個主機系統，能夠控制一個或多個從機設備。當只有一個從機位于總線上時，系統可按照單節點系統操作。而當多個從機位于總線上時，則系統按照多節點系統操作。為了較為全面地介紹單總線系統，將系統分為三個部分討論硬件結構命令序列和信號方式(信號類型和時序)。DS18B20的測溫原理圖如圖49所示：斜率累加器預置低溫度系數振蕩器減法計數器1計數比較器預置溫度寄存器減到0增加高溫度系數振蕩減法計數器2減到0停止 圖49 DS18B20測溫原理圖圖49中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1；高溫度系數晶振隨溫度變化其晶振頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將55℃所對應的一個基數分別置入減法計數器溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在55℃所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置減到０時，溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置值將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器2計數到0時停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。圖410中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程，知道溫度寄存器仍達到被測溫度值。典型的單總線命令序列如下:第一步:初始化。第二步:ROM命令(跟隨需要交換的數據)。第三步:功能命令(跟隨需要交換的數據)。每次訪問單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現序列混亂，則單總線器件不會響應主機。但是，這個準則對于搜索ROM命令和報警搜索命令例外，在執行兩者中任何一條命令之后，主機不能執行其后的功能命令，必須返回至第一步。1)初始化基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發出的復位脈沖和從機響應的應答脈沖組成。應答脈沖使主機知道，總線上有從機設備，且準備就緒。2)ROM命令在主機檢測到應答脈沖后，就可以發出ROM命令。這些命令與各個從機設備的唯一64位ROM代碼相關，允許主機在單總線上連接多個從機設備時，指定操作某個從機設備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設備以及其設備類型，或者有沒有設備處于報警狀態。從機設備可能支持5種ROM命令(實際情況與具體型號有關)，每種命令長度為8位。主機在發出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。ROM命令主要包括:搜索[0F0h]、讀ROM[33h]、匹配ROM[55h]、跳越ROM[0CCh]、報警搜索[0ECh]。3)功能命令在主機發出ROM命令，以訪問某個指定的單總線器件，接著就可以發出單總線器件支持的某個功能命令。功能命令主要包括:轉換溫度[44h]、讀暫存器[0BEh]、寫暫存器[4Eh]、復制暫存器[48h]、回讀EEPROM[0B8h]、讀供電方式[0B4h]等。所有的單總線器件要求采用嚴格的通信協議，以保證數據的完整性。該協議定義了幾種信號類型:復位脈沖、應答脈沖、寫O、寫讀0和讀1。所有這些信號，除了應答脈沖以外，都由主機發出同步信號。并且發送所有的命令和數據都是字節的低位在前，這一點與多數串行通信格式不同(多數為字節的高位在前)。主機控制DSl8820完成溫度轉換必須經過3個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。單片機系統所用晶振頻率為11．0592MHz，根據DSl8820的初始化、寫和讀時序，分別編寫3個子程序：TxReset為初始化子程序，WrByte為寫(命令或數據)子程序，RdByte為讀數據子程序，所有的數據讀寫均由最低位開始。單片機實現溫度轉換讀取溫度值程序的流程如圖410所示。假設單片機系統所用的晶振頻率為12MHz，根據D