基于单片机的自动消毒柜控制器设计(编辑修改稿)

基于单片机的自动消毒柜控制器设计(编辑修改稿)内容摘要：

，如（ Philips）、 SMBus(intel)、 SPI（ Motorola）Microwire/Plus(NSC)等串行总线协议，而 DS18B20 采用的是 1wire 总线协议。 1wire是 DALLAS公司的一项专有技术，它采用一根信号线实现信号的双向传输，具有接口简单，节省 I/O 线，便于扩展和维护等优点。 在单点温度控制系统中：主要应用 1wire 集成数字温度传感器 DS18B20 实时检测 温度，并根据按键设定温度值，实现温度控制输出。 与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度长春工业大学毕业 论文 8 并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9~12 位的数字值读数方式。 可以分别在 和 750ms 内完成 9 位和 12位的数字值，并且从 DS18B0 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需 要一根口线（单线接口）读写，温度变化功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。 因而使用DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。 他在测温精度 ,转换时间 ,传输距离 ,分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进 ,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果 [15]。 温度检测电器元件的特性 DS18B20采用 3 脚 PR35封装的引脚，测温范围为 55℃ —— +125℃，在 10℃—— +85℃范围内，可确保测量误差不超过177。 176。 C；并且转换精度可编程控制。 芯片出 厂时默认 12 位转换精度。 DS18B20 工作在 9 位、 10 位、 11 位和 12 位模式时的温度分辨力依次为 ℃、 ℃、 ℃、 ℃。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始转换完成后的温度以 16 位带符号扩展的二进制补码形式，存储在 scratchpad RAM 中的第 0， 1 字节。 在执行读 scratchpad RAM 命令后，可将这两字节的温度值通过单总线传给主 CPU，高字节的符号位代表温度值为正还是为负。 单总线要求外接一个约 5K 的上拉电阻；这样不管什么原因，如果传输过程中需要暂挂起，且要求传输过 程还能继续的话，则总线在恢复时间处于空闲状态（高电平） [15]。 DS18B20 的特性如下： 一、独特的单互接口方式： DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 二 、 在使用中不需要任何外围元件。 三、可用数据线供电，电压范围： +~+。 四、测量范围： 55~+125℃。 固有测温分辨率为 ℃。 五、通过编程可实现 912 位的数字读数方式。 六、用户可自设定非易失性的报警上下限值。 七、支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现 多点测温。 八、负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 温度检测电路元件的内部结构 DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8脚 SOIC 封装如图 所示，其内部结构框图如图 所示。 长春工业大学毕业 论文 9 图 DS18B20的管脚排列 图 DS18B20内部结构框图 一、 64b 闪速 ROM 的结构如下： 8b 检验 CRC 48b序列号 8b工厂代码（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一序号，共有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。 二、非易失性温度报警触发器 TH和和 TL，可通过软件写入用户报警上下限。 三、高速暂存存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电DALLASDS18B21 2 3 GNDVQ VaaNC NCNCVQVa aNCGNDNCDS 18 B 2 0 8 脚 S OIC 封装64 位 R OM 和单线接口I / O CVD 1VD 2电源检测Vd d存储器与控制逻辑高速缓存8 位 CRC 发生器温度传感器高温触发器 TH高温触发器 TL配置寄存器长春工业大学毕业 论文 10 擦除的 EEPRAM。 后者用于存储 TH， TL 值。 数据先写入 RAM，经校验后再传给EEPRAM。 而配置寄存器中的第 5个字节，他的内容用于确定 温度值的数字转换分辨率， DS18B20 工作时按此 寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。 该字节各位的定义如下 ： TM R1 R0 1 1 1 1 1 低 5位一直都是 1， TM 是测试位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试、模式。 在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动， R1 和 R0决定温度转换的精度位数，即是来设置分辨率，如表 所示（ DS18B20 出厂时被设置为12位）。 表 R1和 R0模式表 R1 R0 分辨率 温度最大转换时间/ms 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 1 1 12位 由表 ，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权衡考虑 [15]。 高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他 8个字节组成，其分配如下所示。 其中温度信息（第 1， 2 字节）、 TH 和 TL 值第 3， 4字节、第 6~8 字节未用，表现为全逻辑 1；第 9字节读出的是前面所有 8个字节的 CRC，可用来保证通信正确。 温度低位 温度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8位 CRC LSB MSB 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 2字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以长春工业大学毕业 论文 11 ℃ /LSB 形式表示 [15]。 温度值格式如下： 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 MSB LSB 对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。 表 是对应的一部分温度值 表 部分温度值 温度 /℃ 二进制表示 十六进制表示 +125 00000111 11010000 07D0H + 00000001 10010001 0191H + 00000000 00001000 0008H 0 00000000 00000000 0000H 11111111 11111000 0FFF8H 11111110 0110111 0FE6FH 55 11111100 10010000 0FC90H DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH， TL 作比较，若 T﹥ TH或 T﹤ TL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令做出响应。 因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行告警搜索。 四、 CRC 的产生 在 64bROM 的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（ CRC）。 主机根据 ROM的前 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比以判断主机收到的ROM数据是否正确。 温度检测元件 DS18B20 的测温原理 DS18B20 的测温原理如图 所示，图中低温度系数晶振的振荡频率温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入，图中还隐含着计数门， 当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时长春工业大学毕业 论文 12 钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 55℃所对应的基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中，减法计数器 1 和温度寄存器被预置在 55℃所对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1的预置值减到 0时温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1的预置将重新被装入，减法计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 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 [15]。 图 中的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的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20 的测温原理。 增加 停止 图 DS18B20的内部测温电路框图 温度检测电路与 89C51 的接口设计 图 中 DS18B20采用外接电源方式，其 VDD 端用 3V~ 电源供电，并在数据线上加一个上拉电阻。 +5V GND +5V DAT 图 DS18B20与 89C51的接口电路 89C51 DS18B20 斜率累加器 减法计数器 预置 低温度系数振荡器 计数比较器 预置 温度寄存器 减到 0 减法计数器 2 高温度系数振荡器 减到 0 长春工业大学毕业 论文 13 臭氧浓度检测电路设计 设计采用国际上通用的紫外吸收法测量臭氧浓度研究和设计了基于 89C51单片机的臭氧浓度在线测量系统，紫外吸收法的基本原理是臭氧对波长为 紫外光具有最大 吸收值的特性，按朗伯 比尔定律： C= bg* (Iο / I ) / ( K* L) (21) 分别测量相同紫外光束透射样气（臭氧）和零气（空气）后的光强值 I 和 I ，利用朗伯 比尔定律公式可计算得出臭氧浓度，其中 K、 L分别代表臭氧对紫外光的吸收系数和吸收室的长度，该法可实现连续测量，且受其他氧化剂干扰小，稳定性好 [30]。 臭氧浓度在线测量由主控制器 89C51 单片机、三通电磁阀、吸收室、紫外光源、光电传感器和显示电路构成基本电路，系统框图如图 所示 [30]。 其中 89C51单片机、三通电磁阀和吸收构成臭氧浓度传感变换器；紫外光源、光电传感器、放大器、 A/D 转换和 89C51 单片机构成信号采集与 A/D 转换模块； 89C51 单片机调节三通电磁阀的换向，使被检测的样气和不含臭氧的零气分时进入吸收室，控制 A/D 转换器采集透过样气和零气的紫外光强值 I 和 I 按朗伯 —— 比尔定律计算臭氧浓度，进行数据显示，实现 89C51 单片机和数控型臭氧发生器电源供电系统通讯，主要模块工作原理分述如下： 图 臭氧浓度在线检测系统框图 臭氧浓度传感变换器 臭氧浓度传感变换器结构框图如图 所示，含臭氧气体进入变换器后分为两路，一路经催化转化器变化为不含臭氧的零气，单片机经驱动电路控制三通电磁阀导通零气作为被测气体进入吸收室，连续十八次测量相应的紫外光强值 I ；然后，单片机控制三通电磁阀切换，导通样气进入吸收室，连续 18 次测量相应的紫外光强值 I。 对 I和 I 的 18 个采样值在分别除去其中的极大和极小值后取平均值 I 和 I ，然后把平均值带入朗伯 —— 比尔定律中计算浓度值，这里采用了去极值平均滤波技术，可消除由于气路切换造成的测量粗差，提高了系统测量89 C 51显示电路 A / D 转换器驱动电路放大器三通电磁阀电信号空气 样气光电传感器光强被测气体吸收室紫外光束紫外光源长春工业大学毕业 论文 14 精度和准确性。 图 臭氧浓度传感变换器结构框图 在锁 路切换后和信号采集前，必须让前一次被测气体完全排空，下一次被测气体充满整个吸收室。