DS18B20型數字溫度傳感器在煙葉烤房監測儀中的應用
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摘要：文中介紹DS18B20型數字溫度傳感器內部結構及工作時(shí)序,給出以DS18B20和單片機為核心設計的煙葉烤房溫/濕度控溫度控制裝置的硬件及軟件設計方案.實(shí)驗證明該裝置的溫濕度控制準確、測量精度高、控制性能良好。
1 引言
近年來(lái)，隨著(zhù)我國煙葉生產(chǎn)水平的提高，煙葉烘烤過(guò)程成為制約煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統的人工長(cháng)期監守、利用干濕球玻璃溫度計采集數據的方式，勞動(dòng)強度大，操作規程復雜，與現代化的烤房設施不相適應。目前推廣應用的許多智能煙葉烤房監測儀多采用電阻式溫度傳感器，測量精度低，需要A/D轉換，電路復雜，離散性大，溫度反應緩慢。為此，設計的煙葉烤房監測儀采用DS18B20型數字式溫度傳感器作為溫度采集單元，較好地解決了上述問(wèn)題。
DS18B20是由Dallas半導體公司生產(chǎn)的“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。一線(xiàn)總線(xiàn)結構具有簡(jiǎn)潔且經(jīng)濟的特點(diǎn)，可使用戶(hù)輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò )，從而為測量系統的構建引入全新概念，DS18B20的測溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃的范圍內，精度為0.5℃，現場(chǎng)溫度可直接通過(guò)“一線(xiàn)總線(xiàn)”以數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現場(chǎng)溫度測量，如環(huán)境控制、設備或過(guò)程控制、測溫類(lèi)消費電子產(chǎn)品等。它工作在3V～5.5V的電壓范圍，采用多種封裝形式，從而使系統設計靈活、方便，設定分辨率及用戶(hù)設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。
2 DS18B20的內部結構
DS18B20的內部結構如圖1所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的封裝形式及引腳排列如圖2所示，其中DQ為數字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（采用寄生電源供電方式時(shí)接地）。
DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，并用16位符號擴展的二進(jìn)制補碼形式輸出溫度值，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。例如+125℃的數字輸出為07D0H，+25.0625的數字輸出為0191H，-25.0625℃的數字輸出為FF6FH，-55℃的數字輸出為FC90H。
3 硬件設計
圖4給出基于A(yíng)T89C52型單片機和DS18B20的煙葉烤房監測系統的硬件連接圖。圖中DS18B20采用外接電源工作方式，VCC端用3V～5.5V電源供電。本系統選用AT89C52作為CPU。AT89C52是一種低功耗、高性能，片內帶4kB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器，與MCS-51型微控制器產(chǎn)品系列兼容，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，不需擴展即能滿(mǎn)足要求。
溫度設定通過(guò)一個(gè)22的矩陣鍵盤(pán)輸入P2 I/O口。同時(shí)，P3口將設定的溫濕度值送到LCD上顯示，在該I/O上還連接了8段LED驅動(dòng)電路，用來(lái)將烤房的溫濕度送到LED上顯示，以方便煙農夜間觀(guān)察烤房工作狀態(tài)。報警電路由一只三極管構成驅動(dòng)放大，然后外接蜂鳴器構成。風(fēng)門(mén)控制和排濕風(fēng)扇控制電路采用可控硅，為了提高系統的抗干擾能力，采用MOC3020光耦電路作為驅動(dòng)模塊。
4 軟件設計
目前采用的煙葉烘烤工藝是3段式烘烤，該工藝將煙葉的烘烤過(guò)程分為3個(gè)階段，第一階段為變黃期，第二階段為定色期，第三階段為烘干期，各階段對烤房的溫度要求不同，如圖5所示。
在3段式煙葉烘烤過(guò)程中，溫度控制曲線(xiàn)要求第一、三段按照每小時(shí)1℃的固定斜率均勻升溫，第二階按照每小時(shí)0.5℃的固定斜率均勻升溫。這需要對烤房溫度連續讀入并比較，以控制升溫速率，并根據烤房的歷史經(jīng)驗數據模擬出溫度慣性參數，從而進(jìn)行模糊控制。當烤房?jì)葴囟冗_到溫度設定值時(shí)，結束升測控制過(guò)程，進(jìn)入恒溫控制狀態(tài)?？痉?jì)葷穸鹊目刂品绞胶蜏囟瓤刂品绞筋?lèi)似因此，應用程序主要包括系統初始化、鍵盤(pán)掃描、溫度檢測讀入、數字濾波、溫度顯示、恒溫恒濕控制、報警及驅動(dòng)輸出等，這些操作分別由相應子程序模塊完成。其程序框圖如6所示。
；――――――――初始化――――――
INI11：CLR DAT
DJNZ R2，INI11
SETB DAT
MOV R2，#30
INI12：DJNZ R2，INI12
CLR C
ORL C，DAT
JC INI10
MOV R6，#80
INI13：ORL C，DAT
JC INI14
DJNZ R6，INI13
SJMP INI10
INI14：MOV R2，E240
INI15：DJNZ R2，INI15
RET
；――――――寫(xiě)入――――――
WRITE：CLR EA
MOV R3，#8；
WR11：SETB DAT
MOV R4，#8
CLR DAT
WR12：DJNZ R4，WR12
MOV DAT，C
MOV R4，#20
WR12：DJNZ R4，WR13
DJNZ R3，WR11
SETB DAT
RET
；――――――讀出――――――
READ：CLREA
MOV R6，E8
RD11：CLR DAT
MOV R4，#4
NOP
SETB DAT；
RD12：DJNZ R4，RD12
RRCA；
MOV R5，#30
RD13：DJNZ R5，RD13
DJNZ R6，RD11
SETB DAT
RET
；――――――――――――
5 結束語(yǔ)
利用DS18B20設計的煙葉烤房監測儀硬件結構簡(jiǎn)單、整機可靠性高、開(kāi)發(fā)周期短、反應靈敏、較好地滿(mǎn)足了用戶(hù)需求，已推廣使用。
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