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基于DS18B20 的数字温度计设计


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基于 DS18B20 的数字温度计设计
季梅,吴新忠,米兰**
5 (中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏 徐州 221008) 摘要: 该文介绍一种基于 DS18B20 的数字温度计,该设计采用 AT89C51 单片机作为控制核心, 能设置温度报警上下限。 该文详细介绍了温度传感器 DS18B20 的特点, 给出了软硬件系统的 设计方案,并给出了软件设计的部分程序流程图。本设计的现场温度直接以“单总线”的数 字方式传输,提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量。当测温现场无法提 供直流电源时,DS18B20 可采用寄生电源供电方式。 关键词:DS18B20;AT89C51 单片机;数字温度计 中图分类号:TP212.9

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Design of Digital Thermometer Chip based on DS18B20
Ji Mei, Wu Xinzhong, Mi Lan
15 (School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, JiangSu XuZhou 221008) Abstract: This paper introduces a kind of digital thermometer based on DS18B20, this design uses AT89C51 microcontroller as control core, can set the upper and lower limit of temperature alarm. This paper introduces the characteristics of the temperature sensor DS18B20, gives the software and hardware design scheme of the system, and part of program flow chart of the software design is presented. In this design, the field temperature is directly send by “single bus”, improved the immunity of the system in bad environment, suit for the temperature measurement. When measuring field temperature cannot provide DC power supply, DS18B20 can use parasitic power supply. Keywords: DS18B20; AT89C51Microcontroller; Digital Thermometer

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0 引言
温度是工农业生产和人们日常生活中经常要测量的一个物理量, 但多数温度传感器的输 出都是一个变化的模拟电压量,不能与计算机采集系统直接接口,需要先进行转换,才能输 30 入计算机比较麻烦。 本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计, 它可以直接把温度转变 为相应的数字量,同时具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数 字、智能化方面有广泛的用途。

1 DS18B20 温度传感器介绍
DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的一线制数字温度传感器, 即单总线器件[1]。 35 DS18B20 温度传感器的特点有: (1)在一根数据线实现数据的双向传输; (2)温度测量范围为-55℃~+125℃; (3)数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择; (4)测温分辨率可达 0.0625℃,被测温度用符号扩展的 16 位数字量串行输出; 40 (5)其工作电源即可在远程引入,也可采用寄生电源方式产生; (6)多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上,CPU 只需一根端口线就能与诸多

作者简介:季梅,(1989-),女,硕士,控制理论与控制工程 通信联系人:吴新忠,(1976-),男,教授,主要研究方向:检测技术与与自动化装置,故障诊断. E-mail: ckljg@163.com

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这些特点使 DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统。

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DS18B20 通信, 占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路.

2 硬件电路设计
45 本次设计主要由单片机、测温模块、显示模块、报警模块、按键模块、复位电路和晶振 电路构成[2]。利用单片机控制温度传感器进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境 温度,并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强,它可以在设计中加入时 钟芯片以获取时间数据, 在数据处理同时显示时间, 并且可以对某些时间点的温度数据进行 存储,利用键盘来进行调时和温度查询,获得的数据可以通过串口与计算机进行串口通信, 50 方便的采集和整理时间温度数据。

2.1 总体设计
基于 AT89C51 的数字温度计硬件框图(如图 2.1 所示)。在整个设计过程中,考虑到成本 以及制作出的硬件电路大小,采用 AT89C51 作为控制核心,简化电路,以数码管显示、报 警电路为输出,这样电路既可以做的很小,节约成本,又可以精确显示温度[3]。 55
数码管显示 AT89C51 晶振电路 单片机 按键控制 温度传感器

复位电路

报警电路

图 2.1 数字温度计的硬件框图

2.2 DS18B20 的工作模式
60 DS18B20 有两种工作模式, 寄生电源工作方式和外接电源工作方式[4]。 与单片机的接口 电路如图 2.2(a)和图 2.2(b)所示。
VPU

DS18B20
GND DQ VDD

DS18B20
GND DQ VDD

单 片 机

VPU

单 片
4.7KΩ

VDD VPU



4.7KΩ

(a)寄生电源方式 图 2.2 DS18B20 工作模式

(b)外接电源方式

3 软件程序设计
DS18B20 的硬件接口虽然简单,但是以相对复杂的接口编程为代价的。DS18B20 与 51 65 单片机的接口协议是通过严格的时序来实现的,DS18B20 数据的写入与读出都是由主机读

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写特定的时间寄存器来完成的。系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令 子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序等[5]。系统主程序和读温度值流程图分别如 图 3.1 和图 3.2 所示。
发DS18B20 复位命令

发跳过ROM 命令 开始 发读取温度命令 DS18B20 初始化 读取操作,CRC校验

温度是否在 设定范围内 Y 灯灭

N

9字 完 节 ? Y 灯亮 CRC校 ? 验 Y

N

N

显示温度

移入温度暂存器

结束

返回

图 3.1 主程序流程图

图 3.2 读温度值流程图

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4 结论
本文设计是以 AT89C51 单片机为控制核心, 采用数字温度传感器 DS18B20 进行温度测 量。DS18B20 的测温系统虽然硬件方面比较简单:占用口线少,连接方便以及测量温度精 度高。但系统法却是以相对复杂的接口便成为代价的,因此,DS18B20 在实际应用中也应 注意以下几个方面的问题[6].。

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(1)较低的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿。 (2)虽然理论上讲,DS18B20 支持单总线多节点方式,但实际应用中并非可以任意挂 多个 DS18B20。尤其是当单总线上所挂的 DS18B20 达到一定数量以后,必须想法解决总线 的驱动问题。 (3)测温系统中采用的 DS18B20 总线长度不能太长。

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(4)在 DS18B20 测温程序设计中,向 DS18B20 发出温度转换命令后,程序总要等待 DS18B20 的应答信号,一旦某个 DS18B20 接触不好或断线,当程序读到该 DS18B20 时, 将没有返回信号,影响整体程序的正常运行。

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85 [参考文献] (References)
[1] [2] [3] [4] [5] [6]

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刘华东. 单片机原理与应用[M]. 北京:电子工业出版社,2007. 沙占友等. 单片机外围电路设计[M]. 北京:电子工业出版社,2003. 余瑾, 姚燕. 基于 DS18B20 测温的单片机温度控制系统[J]. 单片机开发与应用, 2009, (3) 105-106. 25 : 刘爱华,满宝元.传感器原理与应用技术[M]. 北京:人民邮电出版社,2006. 谭浩强. C 程序设计(第三版)[M]. 北京:清华大学出版社,2005. 蔺鹏,柴世红. 基于 AT89C51 单片机与 DS18B20 的温度测量系统[J]. 甘肃科技,2008,9(6):92-94.

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