上海工程技术大学高职学院 上海 200437
【文章摘要】
本文以STC89S52 单片机为核心，选用一线式数字温度传感器DS18B20，设计了多点温度数据采集仪，可广泛地应用于酒店宾馆、大型粮仓、酿酒厂、食品加工厂等需要进行温度检测的场合，设计中采用多总线并行温度检测，实现了多点温度的同步检测，程序设计中因无需对DS18B20 进行识别，因此程序设计简单，维护方便、温度检测精度高。
【关键词】
STC89S52 单片机；DS18B20 温度传感器；多点温度测量
1 硬件设计
本文设计的多点温度数据采集仪主要包括STC89S52 单片机、DS18B20 数字温度传感器、按键输入模块、LED 显示及驱动模块，以及报警电路等。系统组成框图如图1 所示。
图1 系统组成框图
由于DS18B20 具有一线式接口，用于多点温度检测可极大地简化系统的硬件设计。多点测温可采取单总线多点巡回检测和多总线并行检测两种结构。
1.1 单总线多点巡回检测
如图2 所示为单总线多点巡回检测示意图，八个DS18B20 只占用一个端口。在单片机访问DS18B20 时，DS18B20 一般都是充当从机的角色，而单片机就是主机。所有的DS18B20 均连接到主机的某个I/O 端口（如P1.0）上，由于每个DS18B20 内部均有一个唯一的序列号（64 位），在系统安装及工作之前先将主机与DS18B20 逐个挂接，分别读出其序列号并存储在主机的ROM 中，这样就能够根据序列号对单总线上挂接的多个DS18B20 进行辨别与控制了。
单总线多点巡回检测的优点是电路连接简单，硬件开销小。但由于多个DS18B20 并联连接，在电气特性上会有相互影响，当其中某个发生故障（如短路） 时，将会影响其它器件的正常工作，而排除故障时需要逐个断开其与电路的连接，这将给维修带来麻烦；其次，多个器件并联于单总线，在软件设计中需要对DS18B20 逐一进行识别，整个系统将花大量时间消耗在器件的序列号查询，以及时序所要求的延时上，温度检测的实时性和温度测量的灵敏度大大降低。
1.2 多总线并行检测
如图3 所示为多总线并行检测示意图，将每个DS18B20 的引脚DQ 与单片机一组并行口对应相连（如与P1.0~P1.7 相连）。与图2 相比，每个端口上仅有一个DS18B20 器件，DS18B20 器件相互间是独立的，无需进行序列号搜索与匹配操作，省掉了烦琐的读取与匹配序列号的操作过程。此外，在对连接在同一组端口上的多个DS18B20 操作时，只需统一地对这一组并行端口进行操作，即可同时对该组DS18B20 器件进行同步的命令发送与数据接收操作，从而达到同步快速读取温度数据的目的，因而程序设计变得较为简单。
2 软件设计
单片机通过一线总线访问DS18B20，需要经过以下几个步骤：
1)DS18B20 的复位；2) 执行ROM 命令；3) 发DS18B20 开始转换命令；4) 读取DS18B20 中的温度值。
DS18B2 的复位即是一次访问DS18B20 的开始，由于采取多总线并行检测，每根单线总线上仅有一个DS18B20， 故无需读取ROM 中的序列号，可写入跳过ROM 指令，执行DS18B20 开始转换命令。
开始转换命令有包括以下几个步骤：
1)DS18B20 复位；2) 写入跳过ROM 的字节命令（0xCC）；3) 写入开始转换命令（0x44）4) 延迟750~900ms。
转换好的温度会储存到DS18B20 暂存器字节0 和1。接下来DS18B20 读暂存数据，包括以下步骤：
1)DS18B20 复位；2) 写入跳过ROM 的字节命令（0xCC）；3) 写入读暂存的功能命令（0xee）；4) 读入LS Byte，转换结果的低八位；5) 读入MS Byte，转换结果的高八位；6)DS18B20 复位，读取暂存结束。
DS18B20 片内有9 个字节的暂存单元，其中字节0~1 存放的是转换好的温度， 也称为温度寄存器。其中字节0 存放LS Byte（低八位），字节1 存放MS Byte（高八位）；字节2~3 是用户通过软件来设置最高报警和最低报警值的；字节4 是用来配置转换精度（9~12 位）。
16 位温度寄存器中，字节1 的高5 位为符号位（负数时为1），字节0 的低4 位均为小数数位，数据处理中，存在着如何表示温度值的正负，以及如何处理显示精度的问题如图4 所示。
图4 数据处理流程图
读暂存数据转换为十进制值的步骤如下：
1) 整合LS Byte 和MS Byte 的数据；2) 图2 单总线多点巡回检测示意图
判断该温度值的正负，并置标志位；3) 求得十进制温度值；
需要注意的是，在确定了显示精度后，若显示一位小数则十进制温度值乘以 0.625，若显示两位小数则十进制温度值乘以乘以 6.25，，从而将十进制数值中的“个位”求出。
3 结束语
本文设计的多点温度数据采集仪，其核心是DS18B20 与单片机的接口及程序设计。针对DS18B20 的特点，探讨了两种DS18B20 与单片机接口方式的利弊，分析了单片机访问DS18B20 的工作过程，并通过程序设计流程图给出了温度值的正负及显示精度不同（分辨率0.0625）的数据处理方法。
【参考文献】
[1] 付浩伟, 向凤红等. 基于DS18B20 传感器的温度数据采集系统的设计[J]. 机械工程与自动化,2007(6)
[2] 方尔正, 王燕. 无线传感器网络的温深测量系统设计[J]. 宁波职业技术学院学报,2009(2)
[3] 王伟, 李树荣. 基于8051 单片机温度采集及无线发送[J]. 现代电子技术,2011(1)
[4] 芮长颖, 陈富林. 基于AT89S52 单片机的空调温度控制系统设计[J]. 装备制造技术,2010(5)
【作者简介】
彭远芳，女，1968.11，籍贯：重庆，副教授，硕士，研究方向：微型计算机控制
图3 多总线并行检测示意图
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手工编程的难度主要在于斜椭圆方程中职学生数学能力普遍较差，对于斜椭圆公式的理解与灵活运用有很大的难度。还有对于倾斜方向与角度符号的选择也存在着一定的难度；另外在大赛所提供的零件图上标注并不完全，需要学生通过数学计算才能得到基点坐标，而我们的学生最怕的就是数学计算。所以说，在实际教学中，用手工编制这样的加工程序的教学，难度不小！因此，在教学中就用到了CAXA 数控车软件对于它进行编程……
3 斜椭圆的软件编程（自动编程）
在CAXA 数控车上零件外轮廓图；
自动编程方式编程比较简单，根本没有了斜椭圆这一难点问题，但也有一定问题，自动编程需要编程人员具有一定的工艺分析能力，同时程序冗长，且对于刀具参数的设置要有相当的了解，一旦哪一个参数设置错误，而没有检查的话，就有可能导致加工失败。那么，能否将自动编程的简单与手工编程的精炼结合起来，使得难于用手工编程的程序简单化，而又不向自动编程那样冗长不便于检查呢？
4 利用软件的精加工编程手工编程（二者结合）
在使用手工编程时，零件图上的标注不全，导致要么通过计算获得完整坐标； 要么通过计算机绘制零件图来获得，后一种无疑难度上降低了很多，但图都画好了，为什么还要手工编程？这不多此一举吗？
我的做法是这样的，在加工难于手工完成的编程时，利用CAXA 数控车软件生成精加工程序，在精加工程序中加入G71 语句，这就即有了精加工，也有了粗加工，最后，通过DNC 传给数控车床（如表2）。
其中，深色行为改变行。也就是在起刀点位置加入G71 指令即可。通过这种方式的程序编制，既让学生学会了自动编程，又避免了粗加工程序的冗长。使程序又精炼，又简单。
5 结束语
中职学生的数学成绩普遍较差，对于数学相关的图形的编程，也就是使用宏程序的和手工编程而言，就更加突显这一问题，学生对数学公式都无法理解，掌握。就只能通过模板化的形式要求其死记硬背，当时记住了，过不多久，就忘记了！而学生对于CAXA 数控车的绘图与编程则通过学习，都能较为熟练掌握。但是，由于中职学生的工艺知识水平的薄弱以及程序参数设置等问题，造成学生使用CAXA 数控车编程时出错不断。而后来手工编程与精加工程序的结合，不光提高了编程速度，还使得程序精炼，简便。
【参考文献】
[1] 叶海见. 斜椭圆数控车加工规律性探究[J]. 新技术新工艺.2009 年第7 期.
[2] 尹爱东. 基于宏程序的斜椭圆数控加工与研究[J]. 机电产品开发与创新.2011 年第５期.
85597153
