摘要：文中介绍ds18b20型数字温度传感器内部结构及工作时序,给出以ds18b20和单片机为核心设计的烟叶烤房温/湿度控温度控制装置的硬件及软件设计方案.实验证明该装置的温湿度控制准确、测量精度高、控制性能良好。

    关键词：ds18b20 烟叶烤房 温/湿度控制

    1 引言

    近年来，随着我国烟叶生产水平的提高，烟叶烘烤过程成为制约烟叶质量的关键因素。传统的人工长期监守、利用干湿球玻璃温度计采集数据的方式，劳动强度大，操作规程复杂，与现代化的烤房设施不相适应。目前推广应用的许多智能烟叶烤房监测仪多采用电阻式温度传感器，测量精度低，需要a/d转换，电路复杂，离散性大，温度反应缓慢。为此，设计的烟叶烤房监测仪采用ds18b20型数字式温度传感器作为温度采集单元，较好地解决了上述问题。

    ds18b20是由dallas半导体公司生产的“一线总线”接口的温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念，ds18b20的测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃的范围内，精度为±0.5℃，现场温度可直接通过“一线总线”以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。ds18b20适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它工作在3v～5.5v的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计灵活、方便，设定分辨率及用户设定的报警温度存储在eeprom中，掉电后依然保存。

    2 ds18b20的内部结构

    ds18b20的内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位rom、温度传感器、非易失性温度报警触发器th和tl、配置寄存器。ds18b20的封装形式及引脚排列如图2所示，其中dq为数字信号输入/输出端；gnd为电源地；vdd为外接供电电源输入端（采用寄生电源供电方式时接地）。

    rom中的64位序列号是出厂前被光记得好的，它可以看作是该ds18b20的地址序列码，每个ds18b20的64位序列号均不相同。64位rom的排列是：前8位是产品家族码，接着48位是ds18b20的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（crc=x8+x5+x4+1）。rom作用是使每一个ds18b20都各不相同，这样就可实现一根总线上挂接多个。ds18b20采用单总线工作方式，由于所有信号（控制和数据）都通过单总线传输，因此总线的时序逻辑必须非常严格，其工作时序如图3所示。

    ds18b20中的温度传感器可完成对温度的测量，并用16位符号扩展的二进制补码形式输出温度值，以0.0625℃/lsb形式表达，其中s为符号位。例如+125℃的数字输出为07d0h，+25.0625的数字输出为0191h，-25.0625℃的数字输出为ff6fh，-55℃的数字输出为fc90h。

    3 硬件设计

    图4给出基于at89c52型单片机和ds18b20的烟叶烤房监测系统的硬件连接图。图中ds18b20采用外接电源工作方式，vcc端用3v～5.5v电源供电。本系统选用at89c52作为cpu。at89c52是一种低功耗、高性能，片内带4kb快闪可编程/擦除只读存储器的8位cmos微控制器，与mcs-51型微控制器产品系列兼容，使用高密度、非易失存储技术制造，不需扩展即能满足要求。

    温度设定通过一个2×2的矩阵键盘输入p2 i/o口。同时，p3口将设定的温湿度值送到lcd上显示，在该i/o上还连接了8段led驱动电路，用来将烤房的温湿度送到led上显示，以方便烟农夜间观察烤房工作状态。报警电路由一只三极管构成驱动放大，然后外接蜂鸣器构成。风门控制和排湿风扇控制电路采用可控硅，为了提高系统的抗干扰能力，采用moc3020光耦电路作为驱动模块。

    4 软件设计

    目前采用的烟叶烘烤工艺是3段式烘烤，该工艺将烟叶的烘烤过程分为3个阶段，第一阶段为变黄期，第二阶段为定色期，第三阶段为烘干期，各阶段对烤房的温度要求不同，如图5所示。

    在3段式烟叶烘烤过程中，温度控制曲线要求第一、三段按照每小时1℃的固定斜率均匀升温，第二阶按照每小时0.5℃的固定斜率均匀升温。这需要对烤房温度连续读入并比较，以控制升温速率，并根据烤房的历史经验数据模拟出温度惯性参数，从