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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流冷库温度检测系统的设计(5).精品文档.摘要随着时代的发展以及人民生活水平的提高，人们对冷藏、冷冻食品质的要求也在不断提高，不仅要求食品经冷藏、冷冻后尽量减少营养成分的损失，而且还希望能保持原有的色泽。食品外观及营养成分的变化与冷藏、冷冻温度密切相关，并且不同种类的食品，其相应的最佳冷藏或冷冻温度也不同。根据市场、用户等方面的实际需要，对冷藏、冷冻食品的实际储存时间往往有不同的要求，而不同的保存时间则要求库房设置不同的保存温度。在允许的冷藏或冷冻温度范围内，以较高温度储存食品，对于节省电能、延长制冷设备的使用寿命均十分有利。在大型冷库系统中，
2、往往库房个数多，保存的食品种类也多，每个库房有自己所要求的工作温度。本课题设计针对目前冷库的冷气泄漏检测的现状及其存在的主要问题，通过对目前各种温度传感器的分析与研究，对温度传感器做出合理选择，达到优化整体结构，提高温度检测精度，同时使系统便于维护的目的。并通过对各种信号传输方式的分析和研究，在保证系统结构简洁、具有较高性价比的基础上，提出延长数据传输距离的新方案，设计出一种多路温度巡检仪电路,来进行对冷库的温度检测。关键词： 单片机； 温度检测； DS1820 AbstractWith the development of science and technology, peoples de
3、mand for the quality of frozen food is increasingly improved. How well the food looks and to what extent it keeps fresh is closely related to the freezing temperature. The temperature required, however, varies from food to food. The length of time taken to freeze food regulates the temperature accor
4、dingly. Therefore, a need seems to be great to work out a temperature-measuring system for freezers, which should be more effective and practical. Drawing on the analysis of the features presented by various temperature sensors and the central line of operation, this paper suggests that a temperatur
5、e-measuring system for the freezer be set up. As a result of this suggestion, the system is made possible with the characteristics of simplicity, stability, accuracy and visibility.In addition to studying the principles underlying the measurement of temperature by the digital sensor DS1820, this pap
6、er also provides a better calculation of its measuring accuracy and an improvement of its working efficiency. To meet the needs of tolerate transit, the digital transmitting techniques are applied to the system, the power line carrier wave tile-circuit with a bus transfer interface is supplied, and
7、whats more, a detailed introduction is given to illustrate the operation. The design of central operating interface adopts a process of graphic software to have the cubic graphs embedded in VB, which brings the images on the screen more closely in appearance to the reality, producing consequently an
8、 intuitive effect for the refrigerator temperature detection.Keywords: Single Chip Microcomputer; temperature-measuring; DS1820目 录1 绪 论 1 1.1 课题背景 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 本文研究的内容 3 2 温度传感器选择及提高测温精度的方法 5 2.1 温度传感器的选择 5 2.2 提高DS1820测温精度的途径 11 2.3 小节 12 3 多路温度检测系统硬件设计 13 3.1 主要器件的选择 14 3.2 器件的地址分配和连接 14 3.
9、3 DS1820与主CPU的电路连接 15 3.4 “看门狗”WATCHDOG电路 16 3.5 晶体振荡电路连接方式 17 3.6 温度报警输出驱动电路 18 3.7 串行通讯接口电路连接方式 18 3.8 键盘、显示器的设计 20 3.9 小结 23 4 多点温度检测系统的软件设计 24 4.1 温度检测变换软件设计 24 4.2 键盘、显示软件设计 28 4.3 现场DS1820识别困难的解决 32 4.4 小结 34 5 结论 35 致谢 36 参考文献 37 附录1 多路温度巡检仪电路图 39 附录2 读写DS1820源程序代码 40 1 绪 论1.1 课题背景随着现代制冷工业的深入
10、发展与人们生活水平的日益提高，食品冷藏链的全新理念已广泛地被人们所了解接受，成为与人们日常生活休戚相关的一个产业体系。它主要涉及了五大主要环节，即食品的冷冻加工、食品的中间冷藏、食品的冷藏运输、食品的冷藏销售及家用冰箱冷柜。其中大部分环节都直接涉及到食品储藏冷库的应用，储存冷藏食品是除食品冷冻之外冷库应用得最多的地方。我国的冷冻冷藏行业经过几十年的发展己形成比较完整独立的工业体系，并成为食品流通领域的支柱产业之一，对促进畜牧业生产、出口创汇及繁荣市场等做出了重大贡献。特别是改革开放以来，消化和吸收国外先进技术与设备，促进了我国冷冻冷藏行业的进一步发展。据统计，全国现有冷冻冷藏能力已达500多万
11、吨，其中外资、合资和私营冷库约50万吨，国有冷库450多万吨，大都属于内贸、农业、外贸和轻工业系统，其中内贸系统冷库容量达300多万吨，占全国总量的60以上。国有企业从业人员达70多万人，日冻结加工能力约9万吨，13制冰能力约7万吨，曰贮冰能力约16万吨。储存冷藏冷库食品的冷库比储藏冷冻食品的冷库管理更加困难和复杂。因为很小的温度变化就会引起微生物滋生的危险，造成很大的商业损失。由此可见，对于快速发展的食品冷藏行业，冷藏库的控制管理尤其是库内温度变化的控制显得非常重要。1.2 国内外研究现状作为农产品的生产大国,我国冷库的建设,无论规模、数量和技术水平上都与发达国家相比都远远落后。自上世纪80
12、年代以来，随着国外新型保温材料在国内的应用和先进技术的引用，冷库的建设有了突飞猛进的发展。但在项目投资建设时，业主普遍关注的是投资成本和眼前的利益，而在设计也仅限于满足使用和生产的需要，在冷库的节能环保和运行成本等方面，几乎很少考虑，致使国内冷库普遍成为高耗能冷库，部分冷库的耗能已占企业成本的30%。对于冷库温度检测系统的研究，国内外研究的比较多的还是冷库内空气与货物温度分布的均匀性和稳定性。国内外的科研工作者对小型冷藏装置(如冰箱、冷柜等)的温度分布特性已进行了一定的研究工作。这一工作国外开始地较早，其中有的研究了环境温度及温控器设置对家用电冰箱性能的影响，还有的研究了影响双门电冰箱温度分布
13、和能耗的因素。随着冰箱和冷柜的普及以及数值计算方法的发展成熟及CAD技术的出现，我国对小型冷藏装置的温度分布特性进行了大量的研究工作，并成功地使数值计算与实验研究结合起来。作为冷库温度波动的一个重要的影响因素，冷库的结构特性尤其是围护结构对冷库温度波动的影响有很密切的关系。这一方面，国内外有不少针对建筑围护结构的传热研究。比较系统的研究了板壁的不稳定传热，介绍了通过有限差分法、变换法、谐波反应法以及z传递函数法进行板壁的不稳定传热计算。对外界气温变化对建筑围护结构内外壁的影响进行了论述。为了对围护结构的传热情况的研究开发了专门的围护结构温度场二维稳态模拟计算程序，对几种典型的墙体构造进行了一个
14、采暖季内的模拟计算，并通过对计算结果的分析出一些有益建筑热工设计的结论。并以全新的研究手段一辨识方法和数值方法对建筑墙体表面换热过程进行了系统分析，主要研究墙体表面换热过程的数学描述及相应的输入输出参数的测试方法和实验装置的研制，在建筑墙体表面换热过程辨识研究的基础上，尝试将计算传热学和计算流体力学综合应用于室内气流组织的数值计算。从外墙(或屋项)对内表面温度波动的抑制作用和围护结构对室内气温变化的抑制作用两个方面，分析了围护结构对建筑热稳定性的影响。对围护结构的传热进行了较多的实验研究，在低温试验箱空载和装载降温试验的基础上，对低温试验箱各负荷，包括围护结构库板、箱内试验装置及电加热器等进行
15、了降温过程的传热特性分析进而对箱内空气的降温过程建立数学表达式，以计算空气降温所需时间。该文为对降温时间有一定要求的低温试验箱的设计和运行提供了分析和计算方法及有关技术数据。关于围护结构方蕊的研究，有些在理论方面进行深入的探讨，有点则尝试全新的研究手段对建筑墙体换热过程进行系统分析。但这些工作大多仅仅限于对一般建筑围护结构的研究，没有考虑作为冷库这一特殊的建筑针对冷库自身的一些特点在围护结构方面开展研究工作。而且使用研究手段也多以传统的数值分析方法为主，比较侧重数值求解缺乏直观的数学图解表示。对冷库内温度的频率特性研究很少，国外对这一方面研究大多建立在实验的基础上，理论分析则通过拉普拉斯变换，
16、利用传递函数对温度变化进行研究，其中有利用根域法的传递函数研究模型衰减问题，但并没有提出控制模型衰减的方法以及相应的实验验证手段。另外还有墙体导热传递函数系数的时域法估算，建筑多层围护结构CTF模型的频域衰减模型研究以及多层球体的热传导传递函数研究。这些研究对温度的频率特性进行了深入的研究，但主要也都建立在时域分析和根域分析分析的基础上，作为一种解析手段求解系统的频率响应很复杂，不容易决定如何调整系统的结构参数特性来获得预期的效果。和已有文献不同的是，本文提出了源于自动化控制领域的频域分析法来对冷库的温度波动进行研究。在频域分析法的应用方面，除了传统的自动化控制理论，在很多领域都有相应的研究，
17、如电子电路、结构力学、桥梁设计、采矿勘探等。频域分析法已经成为一种可行的工程研究方法，具有一定实用价值。本文对冷库温度波动的研究采用这一种全新的研究手段，突破有限差分法、变换法等传统的数值研究方法。而且考虑到本课题的研究是包括冷库、环境、各扰动源在内的一个整体的系统，作为对系统进行分析和综合的一种有效方法，频域分析法更直观的把系统频率特性表现出来，能较方便地判断某参数或环节对系统性能的影响，为系统的校正提供理论依据。1.3 本文研究的内容虽然温度检测系统在冷库中的应用已相当普遍，但是，伴随着新器件的诞生、新技术的涌现，在新需求的推动下，温度检测系统的整体结构、器件选择、通信距离和操作界面等方面
18、仍需不断研究和创新。本文将针对现有系统结构复杂、温度检测精度不高、数据传输距离短、主控机操作界面不直观这四个方面问题展开研究。通过对目前各种温度传感器的分析与研究，对温度传感器做出合理选择，达到优化整体结构，提高温度检测精度，同时使系统便于维护的目的。通过对各种信号传输方式的分析和研究，在保证系统结构简洁、具有较高性价比的基础上，提出延长数据传输距离的新方案。本文的研究重点将放在温度传感器的选择、提高测温精度、测温数据的远距离传输这三个方面。总之，本课题研究以期研制出一套简洁实用、精确稳定、使用直观、维修方便的多路温度巡检仪电路来进行冷库的温度检测。2 温度传感器选择及提高测温精度的方法2.1
19、 温度传感器的选择研究和设计本系统首先遇到的问题就是选用什么样的温度传感器，这对于整个系统的性能、简繁程度以及施工成本等都有一定的影响，因此，我们对各种温度传感器进行了分析和研究。2.1.1 不同材料制成的温度传感器从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。依据制作温度传感器采用材料的不同，常用的温度传感器有热电偶、热电阻、NTC热敏电阻、半导体温度传感器等。热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干
20、扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。NTC热敏电阻即负温度系数热敏电阻。它由Mn-Co-Ni-Fe-Cu。等过渡金属氧化物的2-4种组分，采用陶瓷工艺烧结而成。测温范围一般-55300。NTC热敏电阻阻值随温度的变化符合指数规律，其最大的缺点也在于它的非线性，一般需要经过线性化处理，使输出电压与温度之间基木上成线性关系。随着对检测温度精度要求越来越高，以及测量环境要求
21、越来越苛刻，目前，人们正在研制高精度高可靠性的NTC热敏电阻。NTC热敏电阻的综合性能以日本的产品为最好。NTC热敏电阻主要用于静电复印机、自动化设备、热打印头、锅炉、热水器等做温度控制检测。NTC热敏电阻温度传感器的一致性和互换性较差。B值材料常数)及其精度、阻值及其精度是影响NTC热敏电阻温度传感器一致性和互换性的主要因素。半导体温度传感器的温度检测依据是PN结正向电压和温度的关系。其测温范围一般在-55-150。半导体温度传感器很容易制成集成温度传感器。与热电偶、热电阻、热敏电阻等其它温度传感器相比，半导体温度传感器具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等特点。另外，它将驱动电路、信号处理电
22、路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有尺寸小、使用方便等特点。随着集成工艺的提高集成温度传感器的功能和性能己有了较大的提高，己广泛应用于台式计算机、笔记本电脑、打印机、数字相机、汽车电子、家电控制器等系统。集成温度传感器一般用来测量自身封装的温度，但是片上加热后封装温度上升可以测量气流温度，二极管连接方式的三极管可以测量远端温度。集成温度传感器的信号输出有三种形式:模拟输出、逻辑输出和数字输出。2.1.2 不同信号输出方式的温度传感器根据温度传感器的输出信号方式，可以分为模拟温度传感器、逻辑温度传感器和数字温度传感器闭。(1) 模拟温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦
23、称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟温度传感器输出模拟信号(电压或电流)。模拟信号必须经过专门的接口电路，转换成数字信号后才能由微处理器进行处理。 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。 传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度经过一定的接口电路转换后输出电压或电流信号，再用这些电压、电流信号进行测量控制。如果想将这种模拟信号转换成微处
24、理器可以处理的信号，需要利用模数转换器(A/D)将模拟信号转换为数码，然后由微处理器读取、处理。另一种转换方式是进行V/F变换。V/F变换器实际上是一个振荡频率随控制电压变化而变化的振荡电路。电压输出温度传感器主要特点是电源电压和电流比较低，在传输线路电压降和电压噪声不是主要考虑因素时，其电压输出直接成为控制系统和数据采集系统的输入。常用的电压输出半导体温度传感器有NS公司的LM35/45/50等。电流输出温度传感器的主要特点是输出阻抗高，输出电流不受传输线路电压降和电压噪声的影响，且对电源电压脉冲和漂移具有很强的抑制能力电流输出温度传感器与微处理器接口时，一般仍需将电流变成电压，再转换成微处
25、理器可以处理的信号。这样的传感器有AD公司的AD590,TM P17等。(2） 逻辑温度传感器逻辑温度传感器在有些文献中将其划分为模拟传感器，称为输出跳变信号的模拟温度传感器。在有的系统中，并不需要知道精确的温度值，而只需了解温度是否高于或低于某特定值即可。该信息可用来触发风扇、空调、加热器等环境控制单元。这种特殊的模迅猛发展，功能强大、精确、廉价的数字温度传感器已在不断推出。数字温度传感器目前有单线输出和多线输出等形式。单线输出数字温度传感器的特点是接口电路简单。由于只有一根输出线，拟传感器一般只是输出跳变信号进行控制，通常称之为温度控制器。逻辑温度传感器可由传统的传感器和比较器组合或集成而
26、成。当温度超过预设门限时，输出发生变化，一般是电平发生跳变。如Maxim公司的MAX6501/6502, AD公司的AD22105等均属此类产品。(3） 数字温度传感器数字式温度传感器就是能把温度物理量通过温度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、PLC、智能仪表等数据采集设备直接读取得数字量的传感器。数字温度传感器的应用方案特点：1.采用高性能温度变送器，准确度和稳定性能高。2.采用数字信号传输，布线方便，信号传输距离远。3.开放式通讯规约，系统扩展方便。4.组态软件界面，系统稳定性有保障。5.软件功能丰富、实用，方便维护及功能升级。上位机硬件要求Microsoft Windows 2000（
27、中文版）或Windows XP操作系统（中文版），IBM PC及其兼容机，奔腾500MH以上CPU，64 以上内存，10G以上硬盘，200M以上自由硬盘空间，SVGA显卡PCI或AGP显卡，16M以上显存。由于半导体技术的测量出的温度值必须转换成某种方式以方便进行输出。常见的输出方式有时间输出、频率输出及数值输出等。由微处理器将温度传感器输出的信号转换成真实温度值，再进行进一步的处理与控制。多线输出数字温度传感器采用的是目前比较成熟的几种工业总线形式，输出格式时序严格遵守某种协议，方便使用，适合于各种场合，尤其是远端测量。这种温度传感器一般有多根线进行输出。基于SMBus总线的温度传感器。MA
28、XIM公司的MAX1617-1619系列都是采用SMBus串行接口的远端温度传感器。以MAX1619为例，它被设计用来监测PC机内CPU的温度。通过施加电流并测量正向节压，测量外部P-N节的节温，并通过SMBus二线串行接口将结果(8位精度)传给微处理器。在使用中，软件的编写必须严格遵守SMBus协议的规范。通过管脚编程，可以选择最多9个不同的SMBus地址，这样可以允许多个MAX1619连接在同一总线上而不发生地址冲突。基于总线的温度传感器。AD公司的AD7416是具有二线串行 接口的低功耗数字温度传感器。它通过一个片内温度传感器精确测量环境温度，进行10位A/D转换后串行输出。AD7416
29、的串行总线地址的最低3位是通过管脚编程选择的，这就可以在一条总线上连接多达8个芯片。其软件的编写要严格遵守IT协议的格式和时序。基于SPI接口的温度传感器。AD公司的AD7814是具有SPI串行接口的数字温度传感器。它可以与大多数微处理器及DSP进行配合使用。2.1.3 信号传输模式温度传感器信号传输的模式，根据温度传感器的种类及其与数据采集器之间连接方式的不同，可以分为多线制和总线制。(1） 多线制对于使用模拟温度传感器的温度检测系统，为了解决温度传感器供电和信号传输问题，温度传感器与数据采集器之间采用多线方式连接，即每个温度传感器至少有两根线与数据采集器相连，这样按线的分配方式不同，常见的
30、有2N线制、N+2线(C2根公共线)制和N+1线(C1根公共线)制等几种。多线制系统用线量大，安装、调试和维护困难，点数多时将造成成本的大幅度提高。但由于原理简单、可靠性高，目前在小规模工程及工业领域仍然多有应用。(2） 总线制随着通信技术的进步，出现了总线制传输方式。总线制通常采用地址编码方一式将所有的传感器并联在2-4根总线上，每个温度传感器拥有自己独立的地址以区别其它温度传感器。目前应用较多的是2总线制和单总线制。2总线制中温度传感器与数据采集器之间需要两根数据线传送信息；单总线制中则只需一根数据线传递信息。对于多线制系统，信号传输的内容不包括地址信息，不同的温度传感器根据信号线的接口位
31、置的不同进行区分;对于总线制系统，信号传输的内容必须包括地址信息，以此区分同一接口上的多个温度传感器。2.1.4 单总线技术单总线也称为一线总线。单总线技术是美国DALLAS半导体公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线合为一根信号线，允许在这根信号线上扑接数百个测控对象，这些测控对象所用器件芯片是由DALLAS公司提供的。每个芯片均有一个64位的ROM，厂家对每一个芯片烧写了固定的编码，其中存有16位十进制编码的序列号，也称之为身份证号，确保挂在单总线上后，可以被唯一地区分识别出来。这是定位和寻址器件实现单总线测控功能的先提条件。ROM中含有CRC校验码，能确保数据交换可靠。芯片内还
32、设有收、发控制和电源存储电路。这些芯片在检测点就把模拟信号数字化了，这样在单总线上传送的是数字信号，提高了系统的抗干扰性能和可靠性。这些芯片的耗电量都很小，既可以用电源从供电端直接供电，也可以从总线上“偷”一点电(空闲时几微瓦，工作时几毫瓦)存在大电容中，供芯片电路正常工作使用。这种供电方式被称为数据线寄生供电。单总线技术是建立在码分多址、串行数据交换基础上的，因此只能用于对速度要求不高的场合，一般用于100kbps以下速率的测控系统中。2.1.5 温度传感器的确定研究了目前各种温度传感器的特性以及信号传输方式，我感到在冷库温度检测系统中选择单总线数字温度传感器DS1820比较合适。传统的温度
33、检测系统以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差。如果采用模拟温度传感器，模拟信号在传输过程中遇到的干扰问题往往不能得到彻底解决，当传感器与数据采集器距离较远，信号线周围存在电磁干扰源时，该问题显得尤为突出。另外，模拟传感器特征参数的不一致性和放大器的零点漂移问题使系统调试变得十分困难。从温度传感器信号传输方式考虑，多点检测时多线制用线量大，施工困难，成本高，系统的整休可靠性差；总线制由于不能采用寄生供电，传感器数量较多时，也会使整个系统结构变得复杂起来。DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介
34、新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。这种单总线数字温度传感器克服了上述不足。用单总线温度传感器设计冷库温度检测系统具有如下特点:较高的性能价格比;监测对象越多越能显示其优越性:硬件施工工作量少;系统维修方便;抗千扰性能好:有CRC校验，可靠性好;系统简明直观。由于冷库温度巡检的速度并不要求太快，所以单总线速率较慢的问题不会对系统造成明显的不良影响。2.2 提高DS1820测温精度的途径DS18
35、20正常使用时的测温分辨率为0.5，这对于一般的食品冷冻、冷藏的要求虽然已经足够了，但为了提高冷库的使用效率以及防止新入库食品对原库存食品的温度剧烈影响，往往要掌握和分析冷库内的温度分布以及变化情况，要研究食品数量对温度的影响等问题，这时就需要有较高的测温精度。在对DS1820测温原理详细分析的基础上，我们采用直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法，可将DS1820的测温分辨率提高。DS1820内部暂存寄存器的第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的测温结果。首先用DS1820提供的读暂存器B
36、EH指令读出以0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度整数部分T整数，然后再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值（M剩余）和每度计数值（M每度），考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25为进位界限的关系，实际温度T实际可用下式计算得到： T实际=（T整数-0.25）+（M每度-M剩余）/M每度为采用直接读取测温结果方法和采用计算方法得到的测温数据比较，通过比较可以看出，计算方法在DS1820测温中不仅可行，也大大的提高了DS1820的温度分辨率。2.3 小节 本节通过对多种温度传感器的优缺点的对比，在系统要求的基础上说明了选择DS1820的
37、必然性，并针对其缺点确定了提高其温度测量精度的方法。3 多路温度检测系统硬件设计由DS1820构成8路冷库多路温度检测系统其设计的系统结构框图如图3-1所示，系统采用寄生电源供电方式。为保证在有效的DS1820时钟周期内，提供足够的电流，我们用一个上拉电阻和89C51的一个I/O口（P1.0）来完成对DS1820总线的上拉。当DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10s。采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便我们采用89C51的P1.1口作发送口、接收口。P1.2P1.5口用来输
38、出温度报警信号等，经74系列芯片74LS00后分别驱动4只发光二极管。图3-1 采用寄生电源供电的多点DS1820温度检测系统结构图为了提高系统的可靠性，系统设计了由硬件与软件组成的“看门狗”WATCHDOG。硬件看门狗由MAX692及外围电路组成，同时还具有电源监视和复位功能。P1.1定时输出喂狗。键盘扫描和动态扫描的显示共用一片可编程接口芯片8279，显示采用8位共阴极LED数码管来显示通道数、温度测量值以及TH的值。3.1 主要器件的选择（1）传感器部分：8片DS1820温度传感器，采集现场温度数据。（2）主CPU部分：CPU 89C51单片机，进行数据的采集和转换工作。晶体振荡电路：1
39、只12M晶振，2片22pF瓷片电容。WATCH-DOG：复位开关、MAX692芯片及外围电路，电源监视和自动/手动复位功能。4路温度输出信号：4片74LS00和4只发光二极管，用于温度报警信号输出。串行通讯接口电路：RS-485芯片及外围电路。完成装置与PC或其它智能设备的通讯功能键盘及显示电路：8只共阴极LED数码管，按键16只及INTEL 8279芯片及外围电路。完成通道数、温度测量值以及最高温度值的显示功能。（此电路采用外部挂接形式）。两路+5V稳压电源：一路供电设备的电路5V电源，另一提供DS1820 VDD端所需供电电源3.2 器件的地址分配和连接（1）P1.0：温度传感器DS182
40、0信号输入输出（2）P1.2-P1.5：温度报警输出信号（3）XTAL1：晶振的引脚1 XTAL2：晶振的引脚2（4） EST：复位输入（5） P0口接显示控制器件8279（6） P3.0 RXD 串行输入口（7） P3.1 TXD 串行输出口3.3 DS1820与主CPU的电路连接DS1820属于单线总线，这就意味着总线上的每个器件只能分时驱动单线总线，并要求每个器件必须具有漏极开路输出或三态输出的特性。DS1820的单线口I/O端就属于漏极开路输出。DS1820与主CPU（89C51）的电路接法如图3-2所示。图3-2 DS1820与主CPU的电路接法TX、RX分别表示发送和接收。在单线总
41、线上必须接上拉电阻约5K（标称值可取5.1 K或4.7 K）。当单总线上挂有多个从属器件时，亦称为多点总线。单总线在空闲状态下呈高电平。操作单总线时，必须从空闲状态开始。单总线总线加低电平时间超过480s时，总线上所有的器件均被复位。在主CPU发出复位脉冲后，从属器件就发出应答脉冲，来通知主CPU它已做好接收数据和命令的准备工作。3.4 “看门狗”WATCHDOG电路虽然冷库环境并不很差，不过为了防止单片机受到干扰，造成系统不正常工作，从而影响到库内物品造成不必要的损失，因此设置“看门狗”WATCHDOG电路来监视单片机的运行状态，如在规定时间内没收到来自单片机的触发信号，则强制系统复位。系统
42、中选用的硬件复位芯片为Wicor公司的MAX692，它的封装有8个引脚：1脚VOUT：电源输出引脚。2脚VCC：接电源引脚。3脚GND：接地。4脚PFI：电池故障输入。5脚/PF0：电池故障输出，低电平有效。6脚WDI：监视输入引脚。7脚/RESET：复位输出引脚，低电平有效。8脚VBATT：备份电池输入端。其中6脚WDI为看门狗的监视输入脚，接到CPU的P1.1口上，7脚RESET是复位信号输出引脚，接到CPU的复位输入引脚RST上。具体电路原理如图3-3所示。图3-3 MAX692电路原理图WDI的定时周期是1.6s，复位脉冲宽度是200ms，如果WDI保持高或低超过看门狗定时周期（1.6
43、s），/RESET将发生200ms的负脉冲使CPU复位。3.5 晶体振荡电路连接方式89C51CPU XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出端。该反向放大器可以配置为片内振荡器。当使用片内振荡电路时，XTAL1、XTAL2与晶体振荡器及电容按下图3-4所示方式连接，晶振、电容及CPU内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号与晶振及电容的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0-33MHz之间（本设备选用12MHz晶振频率），电容取值范围在5-30pF之间（选用22pF电容）。图3-4 振荡电路及连接3.6 温度报警输出驱动电路89C51CPU的P1.2-P1.
44、5口用于温度报警输出，以在系统设备上反映机组温度偏高和过高及时提醒运行人员预防事故，设备采用74系列74LS00四2输入端的与非门来驱动发光二极管，其驱动电路如下图3-5。图3-5 温度报警输出驱动电路3.7 串行通讯接口电路连接方式随着数字技术的发展以及它在工程中日益广泛的应用，一个系统往往由多部微机(包括PC机、单片机)组成。广义上讲，工业总线是应用于检测、控制等工业领域，在微机化测量、控制设备之间按预定协议实行数据传输的多节点数字通信系统。在自动控制和巡回检测系统中，微机与微机、微机与单片机之间经常需要进行远程数据通信。串行通信是主要的通信手段。与并行通信相比，串行通信具有专输距离长、连
45、接简单、数据传输可靠性高等特点。因此，目前的各种工业总线几乎毫不例外地采用串行通信方式。然而，串行通信直接发送、接收的串行数据位数和所能传输的最大距离是有限的，这取决于传输的速率和传输的电气性能。数字信号的传输随着距离的增加和信号传送速率的提高，在传输线上的反射、串扰、衰减和共地噪声等影响将引起信号的畸变，从而限制了通信距离。普通的TTL电路，由于驱动能力差，输入电阻小，灵敏度不高以及抗干扰性能差，因而传输信号的距离很短。一般PC机和单片机所具有的RS-232串行通信接口，其驱动器输出信号摆幅比TTL电平大得多，使抗干扰能力大大提高，但RS-232标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，
46、通信距离将受此电容的限制。例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，故RS-232一般用于20m以内距离的通信。DALLAS公司推出的一线总线(详情见第3部分相关内容)虽然简单、易于施工，但是传输距离一般小于200m，速度慢，更重要的是它仅适合于特殊的一线总线器件。在目前一线总线器件种类有限的情况下，一线总线不可能运用于更多的场合。在要求通信距离为几十米到上千米时，可以采用RS-485总线。RS-485总线设备中的RS-485收发器采用平衡发送和差
47、分接收方式，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有较高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。如图3-6所示：图3-6 串行通讯接口电路连接方式3.8 键盘、显示器的设计在本设计中采用8279可编程键盘、显示器接口芯片。8279芯片是一种专用于键盘、显示器的接口器件，它能对显示器自动扫描，能识别键盘上闭合键的键号，提高CPU的工作效率。8279包括键盘输入和输出两部分。键盘部分提供扫描工作方式，可以和具有64个按键和传感器的阵列相连。能自动消除抖动以及对n键同时按下采取保护。显示部分为发光二极管、荧光管及其它显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，它为显示器提供
48、多路复用信号可显示多达16位的字符或数字。由于显示所需电流比8279输出的电流要大，所以在显示器前端用74ls244驱动器对8279的输出电流进行放大。8279的中断请求信号线IRQ经反向驱动器74ls04接至89C51外部中断INT1，这样，可通过中断方式对按键进行处理。该部分可用框图3-7表示。图3-7 键盘显示模块8279引脚及功能：D0-D7:双向、三态数据总线，用于和系统数据总线相连，在CPU和8279之间传送命令和数据。RESET:复位输入线，高电平有效。CS:片选输入线，低电平有效。当CS=0时，8279被选中，允许CPU对其进行读写操作。CLK:系统时钟输入线，用于8279内部定时，以产生其工作所需时序。RD、WR:读写信号输入线，低电平有效。A0:缓冲器地址输入线，当AO=1时，若CPU进行写操作，则写入字节是命令字;若CPU进行读操作，则读出的字节是状态字。当AO=0时，写入或