DS18B20型數(shù)字溫度傳感器在煙葉烤房監(jiān)測儀中的應(yīng)用

    摘要：文中介紹DS18B20型數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作時序,給出以DS18B20和單片機為核心設(shè)計的煙葉烤房溫/濕度控溫度控制裝置的硬件及軟件設(shè)計方案.實驗證明該裝置的溫濕度控制準(zhǔn)確、測量精度高、控制性能良好。

    關(guān)鍵詞：DS18B20 煙葉烤房 溫/濕度控制

1 引言

近年來，隨著我國煙葉生產(chǎn)水平的提高，煙葉烘烤過程成為制約煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的人工長期監(jiān)守、利用干濕球玻璃溫度計采集數(shù)據(jù)的方式，勞動強度大，操作規(guī)程復(fù)雜，與現(xiàn)代化的烤房設(shè)施不相適應(yīng)。目前推廣應(yīng)用的許多智能煙葉烤房監(jiān)測儀多采用電阻式溫度傳感器，測量精度低，需要A/D轉(zhuǎn)換，電路復(fù)雜，離散性大，溫度反應(yīng)緩慢。為此，設(shè)計的煙葉烤房監(jiān)測儀采用DS18B20型數(shù)字式溫度傳感器作為溫度采集單元，較好地解決了上述問題。

    DS18B20是由Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線結(jié)構(gòu)具有簡潔且經(jīng)濟的特點，可使用戶輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念，DS18B20的測溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃的范圍內(nèi)，精度為±0.5℃，現(xiàn)場溫度可直接通過“一線總線”以數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(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(tǒng)設(shè)計靈活、方便，設(shè)定分辨率及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。

2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)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接地）。

    ROM中的64位序列號是出廠前被光記得好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排列是：前8位是產(chǎn)品家族碼，接著48位是DS18B20的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。ROM作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可實現(xiàn)一根總線上掛接多個。DS18B20采用單總線工作方式，由于所有信號（控制和數(shù)據(jù)）都通過單總線傳輸，因此總線的時序邏輯必須非常嚴(yán)格，其工作時序如圖3所示。

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(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。

3 硬件設(shè)計

圖4給出基于AT89C52型單片機和DS18B20的煙葉烤房監(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)選用AT89C52作為CPU。AT89C52是一種低功耗、高性能，片內(nèi)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，不需擴展即能滿足要求。

溫度設(shè)定通過一個2×2的矩陣鍵盤輸入P2 I/O口。同時，P3口將設(shè)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(qū)動電路，用來將烤房的溫濕度送到LED上顯示，以方便煙農(nóng)夜間觀察烤房工作狀態(tài)。報警電路由一只三極管構(gòu)成驅(qū)動放大，然后外接蜂鳴器構(gòu)成。風(fēng)門控制和排濕風(fēng)扇控制電路采用可控硅，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用MOC3020光耦電路作為驅(qū)動模塊。

4 軟件設(shè)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程分為3個階段，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段式煙葉烘烤過程中，溫度控制曲線要求第一、三段按照每小時1℃的固定斜率均勻升溫，第二階按照每小時0.5℃的固定斜率均勻升溫。這需要對烤房溫度連續(xù)讀入并比較，以控制升溫速率，并根據(jù)烤房的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)模擬出溫度慣性參數(shù)，從而進行模糊控制。當(dāng)烤房內(nèi)溫度達到溫度設(shè)定值時，結(jié)束升測控制過程，進入恒溫控制狀態(tài)。烤房內(nèi)濕度的控制方式和溫度控制方式類似因此，應(yīng)用程序主要包括系統(tǒng)初始化、鍵盤掃描、溫度檢測讀入、數(shù)字濾波、溫度顯示、恒溫恒濕控制、報警及驅(qū)動輸出等，這些操作分別由相應(yīng)子程序模塊完成。其程序框圖如6所示。

    下面給出DS18B20的外接電源工作方式下的初始化、讀出、寫入程序。

；————————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

；——————寫入——————

WRITE：CLR EA

MOV R3，#8；

WR11：SETB DAT

MOV R4，#8

    RRCA；

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

    MOV C，DAT

RRCA；

MOV R5，#30

RD13：DJNZ R5，RD13

DJNZ R6，RD11

SETB DAT

RET

；————————————

5 結(jié)束語

利用DS18B20設(shè)計的煙葉烤房監(jiān)測儀硬件結(jié)構(gòu)簡單、整機可靠性高、開發(fā)周期短、反應(yīng)靈敏、較好地滿足了用戶需求，已推廣使用。