基于单片机的温度报警器设计方案(编辑修改稿)

基于单片机的温度报警器设计方案(编辑修改稿)内容摘要：

地线）。 用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。 因为每个 DS1820 都有一个独特的片序列号，所以多只 DS1820 可以同时连在一根单线总线上，这样就 可以把温度传感器放在 许多不同的地方。 这一特性在 HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及 过程监测和控制等方面非常有用。 16 脚 SSOP PR35 符号 说明 8 2 DQ 数据输入 /输出脚。 对单线操作：漏极开路 7 3 VDD 可选的 VDD 引脚。 DS1820S（ 16 脚 SSOP）：所有上表中没提到的脚均接地 DS1820 的主要部件模块 图 5 DS1820 的主要部件模块 图 5 的方框图示出了 DS1820 的主要部件。 DS1820 有三个主要数字部件： 1）64 位激光 ROM， 2）温度传 感器， 3）非易失性温度报警触发器 TH 和 TL。 器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高 电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再 给寄生电源（电容）充电。 DS1820 也可用外部 5V 电源供电。 （三） 温度传感器 18B20 的测温操作 DS1820 通过一种片上温度测量技术来测量温度。 图 6 示出了温度测量电路的方框图。 图 6 温度测量电路图 DS1820 是这样测温的：用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一 个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。 计数器被预置到对应于 55℃的一个值。 如果计数器 在门周期结束前到达 0，则温度寄存 器（同样被预置到 55℃）的值增加，表明所测温度大于 55℃。 同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振 荡器的抛物线特性。 然后计数器又开始计数直到 0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。 斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。 这是通过改变计数 器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。 因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度 下计数器的值和每一度的计数值。 DS1820 内部对此计算的结果可提供 ℃的分辨 力。 温度以 16bit 带符号位扩展的二进制补码形式读 出，表 1 给出了温度值和输出数据的关系。 数据通过单线接口以串行方式传输。 DS1820 测温范围 55℃ ~+125℃，以 ℃递增。 如用于华氏温度，必须要用一个转换因子查找表。 意 DS1820 内温度表示值为 1/2℃LSB。 最高有效（符号）位被复制充满存储器中两字节温度寄存器的高 MSB 位，由这种“符号位扩展”产生出了示于表 1 的 16bit 温度读数。 可用下述方法获得更高的分辨力。 首先，读取温度值，将 ℃位（ LSB）从读取的值中截 去，这个值 叫做 TEMP_READ。 然后读取计数器中剩余的值，这个值是门周期结束后保留下来的值（ COUNT_REMAIN）。 最 后，我们用到在这个温度下每度的计数值（ COUNT_PER_C）。 用户可以用下面的公式计算实际温度值： TEMPEATURE==(COUNT_PER_CCOUNT_REMAIN)/COUNT_PER_C DS18B20 的使用 ： CPU 对 DS18B20 的访问流程是：先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。 如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20进行预定的操作。 DS18B20 常用 控制命令，如表 41 所示。 表 1 DS18B20 控制命令 表 指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、 TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、 TL 字节写到 E2RAM 中 重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、 TL 字节写到暂存器 TH字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU 五、 硬件设计 （一） 硬件电路设计 系统设计包括硬件系统、软件系统两部分组成，系统硬件电路如图 51 所示。 硬件系统设计由电源、复位、按键、传感器接口、报警驱动、显示等部分组成。 它们可以分成三类： 1)电源、复位：复位、按键部分 2)输入输出：按键、显示部分 3)驱动：传感器接口、报警驱动部分 图 7 系统硬件原理图（ 1） （二） 电源和复位电路设计 系统采用交流供电，系统经过外接 12V 交流变压器，将市电变成 12V 交流电。 系统经过全波整流将交流电变成直流电，一部分整流后直流电通过直流稳压芯片 7812 变成平滑的 12V 直流电，提供给报警器接口。 另一部分整流后直流电通过直流稳压芯片 7805 变成平滑的直流电，提供给系统其他部分。 单片机常见的复位电路有：上电复位、手动复位。 本设计采用上电复位。 图 7 系统软件原理流程图（ 2） （三） 输入、输出部分设计 输入、输出部分是单片机的信息传输通道，本部分实现按键的读取（输入）、温度值的显示（输出）。 传统的按键设计，由电阻和按键组成，电阻的一端接电源，电阻的另一端接按键和单片机引脚。 当按键按下 时，单片机引脚为低电平；当按键放开时，单片机引脚为高电平。 本系统在进行输入部分在设计时利用了 ATmega16 单片机的内部上拉电阻，直接将按键连接到引脚，节省了 4 个电阻。 显示部分设计由 8个共阳级数码管和 8个三极管组成，采用动态显示方法实现数字显示。 8 个数码管的数字脚并接到单片机 PA 端口，确定数码管的显示内容；数码管公共端分别接三极管发射极，确定在某一时刻，那个数码管显示。 8个三极管集电极电源，三极管基极接极接单片机 PC 端口，当某 PC 端口为高电平时，对应数码管被选中，数字脚显示数字。 （四） 驱动部分设计 传 感器接口按照 18b20 的要求，接电源和地后，数据引脚通过上拉电阻接单片机即可。 报警器采用电平驱动，具体报警设备可以外接，也可用蜂鸣器。 此外还采用发光二极管、小灯泡等发光设备进行报警提示。 外接报警设备通过三极管驱动继电器完成 六、 软件设计 （一） 显示部分设计 数码管的外观 图 8 数码管的外观 图 9 5011 系列数码管的引脚排列 一个“ 8”字型的显示模块用“ a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp” 8 个发光二极管组合而成。 每个发光二极管称为一字段。 其内部电原理图如图 6－ 6－ 4，分别是共阴极和共阳极 LED 数码管两种结构形式。 图 10 共阴极数码管 图 11 共阳极数码管 以共阴极数。