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(shí)序,給出以ds18b20和單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的煙葉烤房溫/濕度控溫度控制裝置的硬件及軟件設(shè)計(jì)方案.實(shí)驗(yàn)證明該裝置的溫濕度控制準(zhǔn)確、測(cè)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(lái)，隨著我國(guó)煙葉生產(chǎn)水平的提高，煙葉烘烤過(guò)程成為制約煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的人工長(zhǎng)期監(jiān)守、利用干濕球玻璃溫度計(jì)采集數(shù)據(jù)的方式，勞動(dòng)強(qiáng)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(cè)儀多采用電阻式溫度傳感器，測(cè)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(jì)的煙葉烤房監(jiān)測(cè)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(wèn)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(jiǎn)潔且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可使用戶輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念，ds18b20的測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃的范圍內(nèi)，精度為±0.5℃，現(xiàn)場(chǎng)溫度可直接通過(guò)“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(chǎng)溫度測(cè)量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)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(jì)靈活、方便，設(shè)定分辨率及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)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(bào)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(hào)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(shí)接地）。

    rom中的64位序列號(hào)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(gè)ds18b20的64位序列號(hào)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(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc=x8+x5+x4+1）。rom作用是使每一個(gè)ds18b20都各不相同，這樣就可實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)。ds18b20采用單總線工作方式，由于所有信號(hào)（控制和數(shù)據(jù)）都通過(guò)單總線傳輸，因此總線的時(shí)序邏輯必須非常嚴(yán)格，其工作時(shí)序如圖3所示。

    ds18b20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，并用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式輸出溫度值，以0.0625℃/lsb形式表達(dá)，其中s為符號(hào)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(jì)

    圖4給出基于at89c52型單片機(jī)和ds18b20的煙葉烤房監(jiān)測(cè)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(chǔ)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(chǔ)技術(shù)制造，不需擴(kuò)展即能滿足要求。

    溫度設(shè)定通過(guò)一個(gè)2×2的矩陣鍵盤(pán)輸入p2 i/o口。同時(shí)，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(dòng)電路，用來(lái)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(bào)警電路由一只三極管構(gòu)成驅(qū)動(dòng)放大，然后外接蜂鳴器構(gòu)成。風(fēng)門(mén)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(dòng)模塊。

    4 軟件設(shè)計(jì)

    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(guò)程分為3個(gè)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(duì)烤房的溫度要求不同，如圖5所示。

    在3段式煙葉烘烤過(guò)程中，溫度控制曲線要求第一、三段按照每小時(shí)1℃的固定斜率均勻升溫，第二階按照每小時(shí)0.5℃的固定斜率均勻升溫。這需要對(duì)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(yàn)數(shù)據(jù)模擬出溫度慣性參數(shù)，從