基于ds18b20的多點測溫

1、基于DS18B20的單總線多點測溫系統(tǒng)、摘要：本文主要介紹了一個基于DS18B20單片機的測溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，特別是數(shù)字溫度傳感DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一進行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C51結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量

2、，有廣泛的應(yīng)用前景。隨著社會的進步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視溫度因素，許多產(chǎn)品對溫度范圍要求嚴(yán)格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量，同時有溫度傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時作出決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測量系統(tǒng)就很有必要關(guān)鍵詞：DS18B20，AT89c51，多點測溫一、 任務(wù)分工：表11 任務(wù)分工表二、 功能描述：1. 使用前程序讀取序列號，一次性寫入代碼中。此系統(tǒng)寫入了三個傳感器的序列號。2. 上電，顯示“welcome”開機畫面。3. 按鍵1功能選擇鍵，可以選擇顯示相

3、應(yīng)的節(jié)點，顯示所有節(jié)點溫度，顯示平均溫度。4. 按鍵2確認(rèn)鍵，按鍵1選擇相應(yīng)的界面后，按確認(rèn)鍵，同時對傳感器進行數(shù)據(jù)采集，并顯示溫度。三、 方案選擇：一） 總線方案：方案一：單端口單總線的多點測溫典型應(yīng)用如圖所示，所有DS18B20并聯(lián)后其數(shù)據(jù)線連接到處理器的一個端口線上，顯著特點是只占用單片機的一個端口。每個DS18B20內(nèi)部均有一個唯一的64位序列號，在工作之前先將主系統(tǒng)與DS18B20逐個連接，分別讀出序列號并存儲在單片機中，根據(jù)序列號就可以對同一總線上多個DS18B20進行識別控制，分別讀取其溫度。圖31 DS18B20單總線連接圖其主要設(shè)計思想是：當(dāng)單片機需要對眾多DS18B20中某

4、一個進行操作，首先發(fā)出匹配命令，接著單片機把存儲的64位序列號發(fā)送到總線，只有此序列號的DS18B20才接收相應(yīng)的命令，之后的操作就是針對該DS18B20的。設(shè)計優(yōu)缺點：這種測溫連接方法是電路連接簡單，硬件開銷小。缺點是該方案是由多個DS18B20并聯(lián)連接在一起的，他們之間會有一定的相互影響。最重要的是，在這種方案中，多個器件串接在總線上，對所有器件的查詢操作，需要一個一個分別識別，完成一次查詢需要花費大量時間，降低了系統(tǒng)效率，對一些實時性要求較高的設(shè)計不大適用。方案二：多端口并行法各個DS18B20數(shù)據(jù)線分別連接到不同的端口，工作時，單片機同時對各個DS18B20進行統(tǒng)一的并行操作，對所有D

5、S18B20而言，其命令的接收與數(shù)據(jù)的傳送是同步進行的，所花費時間等同于操作單個DS18B20所用時間。圖32 DS18B20多端口連接圖這種方案最大好處是節(jié)省時間，能滿足對實時性要求較高的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計需求，同時由于這種方法不涉及序列號問題節(jié)省了讀取與匹配的操作過程。而其缺點也顯而易見，占用的端口數(shù)較多，每個測試點需要一個連接線，硬件資源開銷大方案二：I²C總線兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點。通過串行數(shù)據(jù)（SDA）線和串行時鐘 （S

6、CL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個器件都有一個唯一的地址識別（無論是微控制器MCU、LCD 驅(qū)動器、存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。而DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線，I²C總線需要一根數(shù)據(jù)線與一根地址線，無法實現(xiàn)。綜上所述：為了更好的節(jié)省硬件資源，達到多點測控，我們選擇方案二。二） 液晶顯示方案：方案一：LCD1602圖33 LCD引腳圖1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行

7、之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。方案二：LCD12864帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。兩者各自優(yōu)點：1602是字符型液晶，顯示字母

8、和數(shù)字比較方便，控制簡單，成本較低。1602采用并口傳輸，速度比12864串口快。12864 顧名思義像素是128*64，能顯示8*4個漢字，因型號不同，有的帶漢字庫，有的不帶，能顯示圖像效果，功能比1602強大。綜上所述：1602是字符型液晶，顯示字母和數(shù)字比較方便，控制簡單，成本較低。1602采用并口傳輸，速度比12864串口快。四、 硬件設(shè)計：一） 系統(tǒng)框圖：圖41 多點測溫系統(tǒng)框圖溫度傳感器DS18B20檢測到環(huán)境溫度進行轉(zhuǎn)換保存高速緩存RAM中，主控器STC89C51在發(fā)出命令后在讀取數(shù)據(jù)進行處理，按鍵掃描再輸出數(shù)據(jù)到LCD1602控制其顯示的具體溫度值。圖42 系統(tǒng)仿真圖：二） 各

9、部分硬件介紹：1. STC89C51單片機圖43 STC STC89C51單片機引腳圖電源引腳Vcc（40腳）：典型值5V。Vss（20腳）：接低電平。外部晶振X1、X2分別與晶體兩端相連接。當(dāng)采用外部時鐘信號時，X2接振蕩信號，X1接地。輸入輸出口引腳：P0口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。P1口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。P2口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。P3口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。控制引腳：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。RST/Vpd（9腳）：復(fù)

10、位信號輸入端（高電平有效）。第二功能：加+5V備用電源，可以實現(xiàn)掉電保護RAM信息不丟失。ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號輸出端。第二功能：編程脈沖輸入。-PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。-EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。2. 溫度傳感器DS18B20圖43 DS18B20引腳圖溫度傳感器電路直接采用DS18B20設(shè)計，相比于模擬溫度傳感器，這種設(shè)計方法可以節(jié)省電路連接。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出北側(cè)溫度，并且可根

11、據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：l 1)獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊l 2)每個器件有唯一的64 位的序列號存儲在內(nèi)部存儲器中l(wèi) 3)簡單的多點分布式測溫應(yīng)用l 4)無需外部器件l 5)可通過數(shù)據(jù)線供電。供電范圍為3.0V到5.5Vl 6)測溫范圍為-55125（67257）l 7)在1085范圍內(nèi)精確度為±0.5l 8)溫度計分辨率可以被使用者選擇為912位l 9)最多在750ms 內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12 位數(shù)字l 10)用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置11)應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng)64位R

12、OM的位結(jié)構(gòu)如圖3所示。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。非易失性溫度報警器觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。圖44 64位ROM結(jié)構(gòu)圖 DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義熱圖5所示。低5位一直為1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換得精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，定義方法見表1。圖46 配置寄存器高速暫存RAM

13、的第6,7,8字節(jié)保存未用,表現(xiàn)為邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼,可用來檢驗數(shù)據(jù),從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收溫度轉(zhuǎn)換命令后,開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1,2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出數(shù)據(jù),讀數(shù)據(jù)時低位在先,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625/LSB形式表示。 在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼(CRC)。主機根據(jù)ROM的前56位來計算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比較,以判斷主機收到ROM數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20可以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式

14、,此時DS18B20的腳接地,2腳作為信號線,3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式,如圖8所示.單片機端口接單線總線,為為保證有效DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。圖47 DS18B20采用寄生電源的電路圖當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時,總線上必須有強的上拉,上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線,因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。3. 顯示器LCD1602圖48 LCD尺寸圖LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中: 第 1 腳：VSS 為地電源 第 2 腳：VDD

15、接 5V 正電源 第 3 腳：V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比 度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第 6 腳：E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 714 腳：D0D

16、7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 1516 腳：空腳 三） 仿真電路：1） 開機仿真圖：圖49 開機仿真圖2）選擇界面仿真圖：圖410.1 選擇界面仿真圖2）溫度顯示界面仿真圖：圖410.1 溫度顯示界面仿真圖五、 數(shù)據(jù)處理：一) 程序變量說明：1. 序列號存儲數(shù)組:SN38將實現(xiàn)讀取的序列號保存在此變量中，方便后續(xù)程序的讀取調(diào)用。定義方式為：uchar SN38= 0x28,0x1a,0x10,0xaa,0x05,0x00,0x00,0x71,0x28,0x9a,0x51,0xaa,0x05,0x00,0x00,0xbf,0x28,0xb1,0x4d,0xaa,0x05,0x00,0x00,0x

17、ac,;2. 字符串存取數(shù)組：dis、table1、table2、table3、table4、choose1、choose2、choose3、chooseAl、chooseAv、enter將需要顯示的字符竄分別保存在響應(yīng)的數(shù)組里，進行模塊化封裝，方便在主程序與子程序之間調(diào)用顯示，例如：uchar code dis=" Welcome!"uchar code chooseAv=" DISPLAY AVERAGE"3. 鍵盤返回值num每個按鍵對應(yīng)一個返回值，本系統(tǒng)為了體現(xiàn)簡介節(jié)約的理念，只設(shè)置了兩個按鍵，按鍵1返回值1，按鍵2返回值2。返回值儲存在num變

18、量中，有利于按鍵符合功能的實現(xiàn)。4. 功能變量k每一個k值對應(yīng)一個功能，通過按鍵來判斷k值的不同num值k值功能0歡迎界面116對應(yīng)節(jié)點選擇界面5平均溫度選擇界面2>10讀取并轉(zhuǎn)換溫度1116對應(yīng)節(jié)點節(jié)點溫度顯示界面15平均溫度顯示界面二) 程序數(shù)據(jù)處理：1. 溫度數(shù)據(jù)處理DS18B20初始默認(rèn)值11位，最后一位 位符號位，正溫度為正，負(fù)溫度為負(fù)，精度為0.0625，實際溫度：tvaluej=d*0.625（為實際溫度的10倍）tvaluej儲存j節(jié)點的的實際溫度d采集的前10位溫度符號位判斷：tvaluej<0x07ff tflagj=0tvaluej>=0x07ff tf

19、lagj=1tflagj儲存j節(jié)點的溫度符號2. 顯示數(shù)據(jù)處理：disdata0=flagdat顯示符號位disdata1=tvalue0%1000/100+0x30顯示十位disdata2=tvalue0%100/10+0x30顯示個位disdata3=0x2e顯示小數(shù)點disdata4=tvalue0%10+0x30顯示小數(shù)一位三) 人機界面設(shè)計：初始界面，無任何操作，如圖51：圖51 歡迎界面功能選擇界面（按鍵1選擇），如圖52、圖53：圖52 功能界面，顯示所有溫度圖52 功能界面，顯示平均溫度溫度顯示界面（按鍵2選擇），如圖54、圖55：圖54 溫度顯示界面，顯示第二節(jié)點溫度圖55

20、溫度顯示界面，顯示所有節(jié)點溫度六、 軟件設(shè)計：1. 語言選擇： 程序選擇C語言編寫，語言的結(jié)構(gòu)性更強，移植性更強。2. 資源配置：端口資源P1LCD數(shù)據(jù)端P2.0P2.2LCD控制端P2.5DS18B20數(shù)據(jù)端P3.0功能按鍵P3.1顯示按鍵3. 程序流程圖： A. 主程序：開始LCD初始化顯示開機界面按鍵掃描判斷按鍵返回值num維持K在17的數(shù)值循環(huán)維持K在1117的數(shù)值循環(huán)顯示相應(yīng)功能返回num=1num=2 將各部分功能函數(shù)封裝，寫在子程序中，主程序只負(fù)責(zé)調(diào)用，大大減少了主程序的冗雜度，增加代碼的可讀性。 開始上電，主程序運行，初始化LCD，并且顯示開機畫面。進入while循環(huán)，不斷掃描

21、按鍵，如果按鍵按下，會返回相應(yīng)的num值。判斷num值，對功能變量k操作，使k的值在15，1115循環(huán)顯示。再判斷相應(yīng)的k值，顯示相應(yīng)的功能。并且循環(huán)掃面。 B. LCD初始化流程圖：開始進入模式設(shè)置設(shè)置八位格式顯示兩行整體顯示，關(guān)光標(biāo)，不顯示設(shè)定增量放式，輸入不移位清屏結(jié)束 LCD設(shè)置函數(shù)，兩行顯示，輸入后光標(biāo)右移，屏幕不移動，光標(biāo)不顯示。 C. DS18B20數(shù)據(jù)處理流程圖：開始DS18B20初始化讀取溫度轉(zhuǎn)換溫度溫度復(fù)位發(fā)送匹配指令發(fā)送序列號讀取溫度數(shù)值溫度數(shù)值處理值數(shù)值儲存返回DS18B20數(shù)據(jù)處理，通過for循環(huán)，依次發(fā)送一次序列號，匹配對應(yīng)節(jié)點溫度傳感器，采集數(shù)據(jù)溫度，轉(zhuǎn)換成實際溫

22、度值，保存在數(shù)組中。不斷循環(huán)，直至所有序列號發(fā)送完畢。4. 主要代碼：a) 主程序代碼：void main() LCD_init(); LED1=0; Show(); while(1) keyscan();if(num=1) LCD_write_command(0x01);if(k>10) k=k-10; k+;if(k>5) k=1; num=0;if(num=2) LCD_write_command(0x01); if(k<10) k=k+10; if(k>15) k=10; num=0;if(k>0&&k<10) Ent(); if(k

23、=1) ShowC1(); if(k=2) ShowC2(); if(k=3) ShowC3(); if(k=4) ShowAl(); if(k=5) ShowAv(); if(k>10) change_temp(); read_temp();if(k=11) ShowChar1(); display_DS1(); if(k=12) ShowChar2(); display_DS2(); if(k=13) ShowChar3(); display_DS3(); if(k=14) ShowCharAl(); display_DS1(); delay(40); display_DS2(); delay(40); display_DS3(); if(k=15) ShowCharA(); display_DSA(); b）LCD初始化代碼：void LCD_init(void)LCD_write_command(0x08);LCD_write_command(0x38);LCD_write_co