第4章 系统单元电路设计
4.1数据采集单元
4.1.1传感器概述 [5-6]
本次要求对温度数据信息进行现场采集，传送到单片机进行温度处理，实现自动化智能控制，因此设计到温度传感器的选择问题。温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：
1 传统的分立式温度传感器——热电偶传感器
热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度，测量范围广，可从-50～1600℃进行连续测量，特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃。
2 模拟集成温度传感器
集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。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。
3 智能温度传感器
智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。
4.1.2传感器的选择
随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。
1 本次选择DS1820数字温度传感器。
DS1820是美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS1820都有唯一的产品号并可存入其ROM中，以使在构成大型温度测控系统时在单线上挂任意多个DS1820芯片。
从DS1820读出或写入DS1820信息仅需要一根口线，共读写及温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额处电源。DS1820能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。DS1820采用3脚TO-92封装或8脚SO封装，本次采用的是8脚SO封装，DS1820引脚功能如表4-1所示。
表4-1 DS1820引脚功能
12678 NC 空引脚，不连接外部信号
3 VDD 接电源引脚，电源供电3.0 ～5.5V
4 DQ 数据的输入和输出引脚
5 GND 接地
2 DS1820中的单总线技术问题
达拉斯半导体公司突出的单总线技术，该技术与同步串行二线方式和同步串行三线方式不同，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和文护等优点。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问单总线器件都必须严格遵守单总线命令序列，即初始化，ROM，命令功能命令。如果出现序列混乱，单总线器件将不响应主机。
3 DS1820的温度测量原理
DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术。其测量电路框图如图4-1所示。DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f。当计数门打开时，DS1820对f0计数，计
表4-2 DS1820温度数字对应关系表
温度℃ 输出的二进制码 对应的十优进制码
+125 0000000011111010 00FAH
+25 0000000000110010 0032H
+1/2 0000000000000001 0001H
0 0000000000000000 0000H
-1/2 1111111111111111 FFFFH
-25 1111111111001110 FFCEH
-55 1111111110010010 FF92H
数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以被偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位（符号点1位），但因符号位扩展成高8位，故以16位被码形式读出。表4-2给出了温度和数字量的关系。
图4-1 DS1820内部结构图
4 高速暂存器
它由便笺式RAM和非易失性电擦写 EERAM组成，后者用于存储TH、TL值。数据选写入RAM，经校验后再传给EERAM。便笺式EAM点9个字节，包括温度信息（第1、2字节）、TH和TL值（3、4字节）、计数寄存器（7、8字节）、CRC（第9字节）等，第5、6字节不用。暂存器的命令共6条，见表4-3所示。
表4-3 DS1820控制命令
指 令 说 明
温度转换（44H） 启动在线DS1820做温度A/D转换
读数据（BEH） 从高速暂存器读9bits温度值和CRC值
写数据（4EH） 将数据写入高速暂存器的第2和第3字节中
复制（48H） 将高速暂存器中第2和第3字节复制到EERAM
读EERAM（B8H） 将EERAM内容写入高速暂存器中第2和第3字节
读电源供电方式（B4H） DS1820供电方式
在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5℃，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）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，得到所测实际温度的整数部分Tz，然后现用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度Ts可用公式3-1计算：
Ts=（Tz-0.25℃）+(CD-Cs)/CD (3-1)
5 多个DS1820温度传感器扩展（多路采集扩展）
本次设计的是一个智能温室监控系统，在设计中用一个温度传感器完成对一个温室房间进行温度采集，当我们要对多个温室采集和控制时，则需要在单片机上挂接多DS1820温度传感器，用模拟开关将多个传感器连接，分别进行采集控制传输。因其连接方便，且当多个DS1820温度传感器工作时，由于各个温度传感器序列号不一样，对其进行编号，方便进行控制，只是在输出电路需要相应
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