温度数据采集系统.doc

第三章系统硬件设计
温度数据采集系统和接收显示硬件电路主要包含温度数据采集、发送、接收和显示等模块，温度数据采集采用数字式温度传感器DS18B20，数据的发送和接收采用无线数据收发模块PTR2000，整个系统采用单片机STC89C52进行各模块的协调控制，下面对各个模块进行介绍。
3.1数字温度传感器DS18B20
3.1.1DS18B20的性能特点
DS18B20是由DALLAS半导体公司生产的单线型智能数字温度传感器，是新一代适配微处理器的智能温度传感器，广泛应用于工业、农业等领域，具有体积小、接口方便和传输距离远的特点，在一根通信线上可以挂很多个DS18B20，很方便。具有以下特点：
（1）具有独特的1-Wire接口，只需要一个端口引脚就可以进行通信；
（2）具备多节点能力，能够简化分布式温度检测应用中的设计；
（3）不需要外部元件；
（4）可以直接从数据线供电，电源电压范围在3～5.5V；
（5）在待机状态下可以不消耗电源电量；
（6）测量温度范围在-55～+125℃；
（7）在-10～+85℃时测量精度在±0.5℃；
（8）可以用程序设定9～12位分辨率；
（9）用户可根据需要定义温度的上下限报警设置。
DS18B203脚封装的管脚排列图如图3.1.1所示。

图3.1.1DS18B20管脚排列图
DS18B20只有三个引脚。其中，引脚1和3分别是GND和VDD，引脚2是DQ端，是用于数据信息的输入和输出。当给DS18B20加电后，单片机可以通过DQ端写入命令，并可以读出含有温度信息的数字量。在使用寄生电源情况下，可以向DS18B20提供电源。
3.1.2DS18B20的内部结构
DS18B20的内部框图如图3.1.2所示。

图3.1.2DS18B20的内部框图
DS18B20主要由64位ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL及暂存器四部分组成。64位ROM存储器具有独一无二的序列号，可以看作是该DS18B20的地址系列号，是在出厂前就被光刻好的。暂存器各字节具有不同的意义，0和1字节是用于存储温度传感器数字输出的温度寄存器；2字节和3字节分别是非易失性上限报警触发寄存器（TH）和下限报警触发寄存器（TL）；4字节的配置寄存器能够用来设置温度转换的精度；5、6和7字节作为内部保留使用。DS18B20有两种供电方式，可以使用寄生电源供电，也可以使用外部电源。在使用寄生电源的时候，不用外部电源，而是在总线为高时由DQ端提供电源，同时向内部电容充电，以求在总线拉低时为DS18B20提供电量。上电后，DS18B20进入空闲状态；当MCU向DS18B20发出ConvertT[44h]的命令后，DS18B20向MCU传送转换状态，开始温度测量和A/D转换。温度数据以带符号位的补码形式存储在温度寄存器中，温度寄存器格式如图3.1.3所示。

图3.1.3DS18B20温度寄存器格式
温度的正负值是由符号为来说明的，正为0，负为1。表3.1给出一部分数字数据与温度的对应关系。
表3.1DS18B20温度与数据对应关系
温度数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+125℃000001111101000007D0h+25.0625℃00000001100100010191h+10.125℃000000001010001000A2h+0.5℃00000000000010000008h0℃00000000000000000000h-0.5℃1111111111111000FFF8h-10.125℃1111111101011110FF5Eh-25.0625℃1111111001101111FE6Fh-55℃1111110010010000FC90h3.1.3DS18B20芯片ROM指令表
ReadROM（读ROM）[33H]（方括号中的为16进制的命令字）
这个命令允许总线控制器读到DS18B20的64位ROM。只有当总线上只存在一个DS18B20的时候才可以使用此指令，如果挂接不止一个，当通信时将会发生数据冲突。
MatchROM（指定匹配芯片）[55H]
这个指令后面紧跟着由控制器发出了64位序列号，当总线上有多只DS18B20时，只有与控制发出的序列号相同的芯片才可以做出反应，其它芯片将等待下一次复位。这条指令适应单芯片和多芯片挂接。
SkipROM（跳跃ROM指令）[CCH]
这条指令使芯片不对ROM编码做出反应，在单芯片的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。
SearchROM（搜索芯片）[F0H]
在芯片初始化后，搜索指令允许总线上挂接多芯片时用排除法识别所有器件的64位ROM。
AlarmSearch（报警芯片搜索）[ECH]
在多芯片挂接的情况下，