wire总线在农业温度监测系统中的应用毕业论文.doc

www.yanziedu.comwww.yanziedu.com1-Wire总线在农业温度监测系统中的应用窦龙超,郑永春,霍艳忠（云南农业大学工程技术学院，云南650201）摘要:介绍了1-Wire总线在农业温度监测系统中的应用。详细介绍了1-Wire总线数字温度传感器DS18B20。并利用DS18B20与AT89C52单片机实现了农用温度监测系统，给出了系统结构图和部分程序代码。该系统具有测量温度准确、接口简单、工作稳定等特点。关键词：1-Wire总线；农业；DS18B20；AT89C52Applicationof1-WireBUSinTempelatureMonitoringDeviceinAgricultureDouLong-chao,ZhengYong-chun,HuoYan-zhong(EngineeringTechanologyCollege,YunnanAgriculturalUniversity,Yunnan650201)Abstract:Inthispaper,applicationof1-WireBUSisintroducedintempelaturemonitoringdeviceinagriculture.1-WireBUSdigitaltempelaturesensorDS18B20isintroducedindetail.AndthetemperaturesensorDS18B20andtheAT89C52MCUareusedtoimplementthetempelaturemeasurementsystemoftheagriculture.Thecircuitofthesystemandsomeofthecodearegiven.Makesystemhavecharacteristicsofsimple、high、stableworketc.Keywords:1-WireBUS；Agriculture；DS18B20；AT89C520引言我国是一个农业大国，但还不是农业强国。其主要表现在农业机械化，电气化程度不高，高新技术在农业领域的应用还很少。温度作为农业生产过程中的一个重要参量，温度检测技术被广泛应用在农业生产领域中。本文以应用广泛的1-Wire总线数字温度传感器DS18B20为例，构建一个体积小，可靠性高的基于单片机的农用温度智能监测系统。DS18B20是Dallas公司推出的一款基于1-Wire总线协议的可编程分辩率数字温度传感器1。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挂接多个1-Wire总线器件。1-Wire总线技术具有节省I/O资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点。DS18B20是采用1-Wire总线技术的典型产品。1DS18B20数字温度传感器11DS18B20的测温原理DS18B20的测温电路如图1所示。停止加1低温度系数震荡器计数器预置斜率累加器比较预置温度寄存器=0高温度系数震荡器=0计数器www.yanziedu.comwww.yanziedu.com图1测温原理Fig1Principlethermometry低温度系数震荡器用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数震荡器频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，当计数器打开时，DS18B20就对低温度技术震荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数震荡器来决定。每次测量前，首先将-55所对应的技术分别置入减法计数器1和温度寄存中。减法计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的基数值。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技术，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，减法技术器1重新开始对低温度技术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，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度1。斜率累加器用于补偿和修正2测温过程中的非线性，其输出用语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，直至温度寄存器值达到被测温度值。这就是DS18B20的测温原理。12DS18B20性能与结构DS18B20具有独特的单线接口方式，在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。在使用中不需要任何外围元件。可用数据线供电，电压范围：+3.0+5.5V。测温范围：-55+125。固有测温分辨率为0.5。通过编程可实现912位的数字读数方式。用户可自设定非易失性的报警上下限值。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。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。DS18B20的内部结构如图2所示。它由4个主要的数据部件组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的产品序列号，最后的8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。ROM的作用就是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20的核心部件是它的数字温度传感器，它的分辨率可配置为9、10、11或12位，出厂默认设置是12位分辨率，它们对应的温度值分辨率分别为0.5、0.25、0.125和0.0625。温度信息的低位、高位字节内容中还包括了符号位S（是正温度还是负温度）和二进制小数部分，其具体形式如图3。图2DSl8820芯片的内部结构图Fig.2DS18B20blockdiagramLSBytebit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0232221202-12-22-32-4MSBytebit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8SSSSS262524表3温度存储方式Tab.3Temperaturestorage2DS18B20的应用www.yanziedu.comwww.yanziedu.com21硬件设计由于1-Wire总线技术的特性，我们可以运用现在非常成熟的单片机技术与其设计出很多在农业领域中经济实用的产品。如：数字温度计，单线多点温度监测报警系统，分布式温度采集系统等。本设计中，单片机选用Atmel公司常用的单片机芯片AT89C52，它完全可以满足一般的采集、控制和数据处理的需要4。DS18B20的电源供电方式有两种：寄生电源方式和外部供电方式。工作于寄生电源方式时，VDD和GND都接地，它在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用。但寄生电源方式需要强上拉电路，软件控制变得比较复杂，同时芯片的性能也有所降低。因此，在条件允许的场合，尽量采用外部供电方式。具体硬件结构图如图4所示。在图中并没有给出键盘、显示、报警和与上位机通信的RS232接口。读者可参考相关单片机书籍自行设计。图4硬件结构图Fig.4Structurediagramofthehardware22软件设计DS18B20简单的硬件接口是以相对复杂的接口编程为代价。由于DS18B20通过单总线与单片机进行通讯，所以其通讯功能是分时完成的。他与单片机的接口协议是通过严格的时序来实现的，只有在特定的时隙，才能实现DS18B20数据的写入和读出。这里以AT89C52和一个DS18B20通讯为例，列出部分通讯的汇编语言代码。221初始化子程序（RESET）与DS18B20的所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个DS18B20的应答脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时间最少480s，最多不能超过960s。然后，单片机释放总线，等待DS18B20的应答脉冲。DS18B20在接受到复位脉冲后等待1560s才发出应答脉冲。应答脉冲能保持60240s。单片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待480s。程序代码如下：RESET:CLRDQ；发送复位脉冲MOVR7,#33；延时497sLCALLDELAY15SETBDQ4.1kDS18B20+5VAT89C52P1.0VSSI/ODS18B20DS18B20(a)外部供电方式RXTX+5VAT89C52P1.0P1.1P1.2DS18B20DS18B20DS18B20(b)寄生电源方式www.yanziedu.comwww.yanziedu.comMOVR7,#4；延时62sLCALLDELAY15CLRFLAG；DS18B20应答标志JBDQ，RET1；判断DS18B20应答SETBFLAGMOVR7，#28LCALLDELAY15；延时422sSETBDQRET1：RET2.2.2WRITE子程序写时隙需要1575s，且在2次独立的写时隙之间至少需要1s的恢复时间。写时隙起始于单片机拉低总线。以要把单片机A中的数据发给DS18B20为例，程序代码如下：WR18B20：CLRC；发送一个字节MOVR1，#8WR18B201：CLRDQ；产生写信号MOVR7，#1LCALLDELAY15；延时17sRRCAMOVDQ，C；发送一位数据给DS18B20MOVR7，#1LCALLDELAY15；延时17sSETBDQNOPDJNZR1，WR18B201；字节是否发送完SETBDQRET2.2.3READ子程序读时隙需1560s，且在2次独立的读时隙之间至少需要1s的恢复时间。读时隙起始于单片机拉低总线至少1s。DSl8820在读时隙开始15s后开始采样总线电平。以单片机读取2B的数据为例。程序代码如下：RD18B20:CLRCMOVR1,#2MOVR0,#TEMPLSB；存放数据的地址RD18B201:MOVR2,#8RD18B202:SETBDQNOPNOPCLRDQ；产生读信号NOPNOPMOVR7，#1LCALLDELAY15；延时17sMOVC，DQRRCA