攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 方案的论证与选择
持，电路及软件的调试比较复杂，制作难度比较高，成本相对也比较高。从以上两种的方案中，可以看出采用方案二，所设计的电路较简单，采用的温度传感器DS18B20作为检测温度的元器件，测温范围为-55℃~125℃，分辨率最大的可达0.0625℃。DS18B20可以直接读出被测的温度值。采用单线制与单片机相连，极大的减少了外部硬件电路，具有低成本与易使用的特点。方案2比方案1的设计原理简单，硬件要求较少，成本较低，而且方案2省去了方案1中的A/D转换器，操作起来比较方便，方案2在软件的设计中也比方案1来得更加的简洁明了。因此水位的采集系统选择采用方案2。
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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计
3 硬件设计
3.1 系统总体硬件框图与工作原理
经对所要设计控制系统的功能要求进行分析，可得到系统的总体的硬件设计框图，如图3.1所示。
从系统的总的框图，可看出该系统的工作原理为：以单片机89S52作为控制核心，并且协调整个系统的工作，通过数字温度传感器DS18B20检测当前的水温，由于是数字信号就可以直接送入单片机89S52内[13]，经过单片机的处理在LED七段数码管上显示所测的当前的温度值。另外一路是在水箱中的五根不锈钢针，它们输出的信号经过反向并通过驱动再送入单片机89S52进行处理，在LED数码管上显示当前的水位值。按键用来设定温度显示和水位显示的转换，可以进行手动加热和手动加水，自动上水方面是通过设置水位的上下限，当水位小于下限的时候就会闭合电磁开关，开始上水，当水位达到上限时就会自动断开电磁开关，停止上水。温度与水位的值在时时检测，达到控制目的。
按键 温度采集 水位采集 电源 单片机 LED显示 继电器 加热控制 继电器 上水控制 图3.1 系统框图
3.2 温度传感器 1DS18B20的主要特性 ○
DS18B20有三个主要部件，分别为64位激光刻制的唯一ROM序列号、温度传
感器及非易失性温度报警触发器TH、和TL。DS18B20通过单总线结构，仅需一个引脚即可实现数据的发送或接收。另外，用于DS18B20的供电电源可以从数据线
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本身获得，无线外部电源，每个DS18B20在出厂时,都有唯一的一个ROM序列号，可以将多个DS18B20同时连接在一根单总线上，从而实现多点分布温度测量。DS18B20以其简单方便的接口，广泛应用于温度测量、温度控制、数字温度计和热感测系统中。DS18B20的主要特点如下：
1）1——wire单总线接口，通信仅需要一个I/O端口引脚； 2）每个器件具有唯一的、储存在片内ROM的64位序列码； 3）多节点检测功能简化了分布式温度检测应用； 4）使用简单方便，无需外部原件；
5）电源电压范围为3.0——5.5V，可选择由数据线供电； 6）可测量的温度范围-55——+125摄氏度； 7）9位数字温度计分辨率；
8）在-10——+85摄氏度温度范围内具有正负0.5摄氏度的高精度； 9）最大温度转换时间为750ms； 10）用户可编程的非易失性报警设置；
11）报警搜索命令能够自动识别和寻址温度超出设定门限之外的器件； 12）适合于包括温度测量、温度调节装置控制、工业系统、消费类产品、温度计及任何温度敏感系统的应用。
2DS18B20的外形 ○
DS18B20的外形及引脚排列和封装形式图如图3.2所示
图3.2 DS18B20的封装引脚图 GN地信号
DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
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VDD 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 3DS18B20的结构 ○
DS18B20有三个主要的数字部件： 1）64位激光ROM， 2）温度传感器，
3）非易失性温度报警触发器TH与TL。
器件用以下的方法从单线通讯的线上获得电源：当信号线处在高电平的时候，它能够把能量储存在其内部的电容里，当信号线处在低电平的时候，消耗掉电容上的电能进行工作，一直到，高电平的到来，然后再给寄生的电源（电容）充电。DS1820也可以用外部5V电源供电。
DQ存储器和控制逻辑温度传感器64位ROM和单线端口暂存器上限触发VCC电源检测8位CRC产生器下限触发
图3.3 DS18B20的内部结构
DS18B20单纯的通信功能是分时完成的。其中单线信号包括复位脉冲和响应脉冲，写“0”，写“1”和读“1”。它们都有严格的时隙概念。系统对DS18B20的操作以ROM命令和存储器命令的形式出现。对它操作的协议是：初始化DS18B20-发复位脉冲信号－发ROM的功能命令－处理数据信号－发存储器的命令处理数据，各种的操作都有相应的时序图。
DS18B20在使用的时候，一般都是采用单片机来实现数据的采集。只需将DS18B20的信号线与单片机1位I/O口相连，且单片机的1位I/O线可以挂接多个DS18B20，也就是可以实现单点或多点温度的测量。DS18B20传感器精度高、互换性好，而且它直接将温度的数据进行编码，可只使用一根电缆来传输温度数据，通信方便简单，传输的距离远且抗干扰性强，与传统的温度传感器系统相比起来系统得以简化。系统的扩充维护十分方便。
4DS18B20的电源供电方式 ○
1）DS18B20寄生电源的供电方式电路
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DS18B20寄生电源的供电电路，如图3.4所示，想让DS18B20精确的进行温度的转换，I/O口必须保证在温度转换的期间能够提供足够的能量，因为每个DS18B20在温度转换的期间工作的电流达到1mA，当几个温度传感器同时挂在一根I/O线上进行多点测温的时候，仅靠上拉电阻是没有办法提供足够的能量，因而会造成无法转换温度或者温度误差极大。因此，图3.5电路只适用于单一的温度传感器测温，不宜采用电池供电的方式，并且电源的电压必须是稳压5V。当电源的电压下降的时候，使测量的误差变大。
2）DS18B20外部电源的供电方式
图3.4 DS18B20寄生电源供电电路 图3.5 DS18B20外部供电单点测温电路
DS18B20外部供电的单点测温电路，如图3.4所示，DS18B20外部供电的多点测温电路，如图3.6所示。此时I/O口不需要上拉电压，而且在总线上可以挂多个DS18B20传感器，组成多点的测温系统。但需要注意的是在外部供电的方式下，传感器的GND引脚不能够悬空，否则读取温度显示总是85℃。
图3.6 DS18B20外部供电多点测温电路
通过比较上述的两种供电方式后，认为外部电源供电的方式对电源的要求比电源供电的方式优越些而且稳定性好。
5DS18B20的数据操作 ○
1-wire总线将通信时使用的引脚减少到只有一根，在数据传输时需要满足特定的格式才能进行。1-wire总线通信的第一步是选择1-wire设备，然后1-wire主机发送各种命令来进行数据传输。 1）rom操作命令
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