基于DS18B20的智能溫度檢測系統(tǒng)

1、基于DS18B20的智能溫度檢測系統(tǒng)（附外文文獻(xiàn)及翻譯） 浙 江 科 技 學(xué) 院 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于DS18B20的智能溫度檢測系統(tǒng) 系 別 自動化與電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 02自動化A班 姓 名 許 浩 學(xué) 號 10241029 指導(dǎo)教師 張 麗 職 稱 助 教 2006年 6 月 1 日摘 要:本文主要討論了當(dāng)今溫度傳感器的發(fā)展方向，介紹了用單片機(jī)控制的、基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的溫度測量系統(tǒng)。重點(diǎn)闡述了DS18B20的工作原理、指令系統(tǒng)、單片機(jī)與DS18B20之間的接口、數(shù)據(jù)傳遞、通信協(xié)議，建立了基于DS18B20的單點(diǎn)、多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。最后用RS232總線實(shí)

2、現(xiàn)了測溫系統(tǒng)與PC機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時檢測與顯示。關(guān)鍵字： DS18B20，多點(diǎn)溫度測量，通訊Abstract :After mainly discussing the development direction of current temperature sensor, the paper introduces the temperature measurement system based on the digital temperature sensor DS18B20,which is controlled by 89S52 single chip microcomputer.

3、 The working princip1e of the DS18B20, instruction sets, data transmission, the interface and the communication protoco1 between the DS18B20 and single chip microcomputer is expounded specially. The detail design project and concrete implementation of the single and multiple temperature measurement

4、system，which is made up of DS18B20 and 89S52 single chip microcomputer are discussedThe temperature measurement system can communicate with PC by RS232 bus, which can be realized the measurement and display of temperature in the real time in this paper.Keywords：DS18B20, multipoint temperature measur

5、ement, communication 目錄摘 要.I1 緒論.12 幾種常用溫度傳感器的原理及發(fā)展 22.1 引言.22.2 傳感器的分類.22.3 傳感器的原理及發(fā)展2 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器熱電偶傳感器2 集成 IC 溫度傳感器.32.4 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢.5 提高測溫精度和分辨力5 增加測試功能.5 總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化.6 可靠性及安全性設(shè)計(jì).6 虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器.72.5 小結(jié).73 DS18B20測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì).83.1 現(xiàn)實(shí)測溫遇到的問題83.2 方案論證及比較.83.3 DS1820數(shù)字溫度傳感器的原理與構(gòu)造9 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu).10 D

6、S18B20溫度傳感器的存儲器.113.4 DS1820單點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì).14 CPU 模塊.14 數(shù)據(jù)采集模塊.15 顯示模塊.15 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).153.5 DS18B20多點(diǎn)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì).25 硬件說明.25 軟件設(shè)計(jì).254 DS1820測溫系統(tǒng)與PC上位機(jī)通訊.294.1 RS-232C介紹.294.2 RS232硬件接口設(shè)計(jì)30 硬件說明.304.3 程序設(shè)計(jì)31 單片機(jī)內(nèi)通信程序的設(shè)計(jì).31 PC 機(jī)內(nèi)通信程序的設(shè)計(jì).325 總 結(jié)38致 謝39參考文獻(xiàn).40附錄1.41附錄2681 緒 論溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)

7、展，溫度傳感器的種類日益繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式和三總線式方向發(fā)展。而數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時需要信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測溫計(jì)、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。其中，比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS1820、6575、DS1722、6635等。在工業(yè)過程控制和檢測過程中，溫度是最重要的參數(shù)之一，很多情況下需要進(jìn)行溫度的現(xiàn)場測量。而在眾多的溫度傳感器中，智能溫度傳感器DS18B20將溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、寄存器、接口電路集成在一個芯

8、片中。可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字化輸出、測試及控制功能強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、微型化、微功耗、可適配各種微控制器（MCU）或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及溫度控制。在很多智能化的溫度傳感器中，大多使用同步串行總線技術(shù)，如 （Philips）、SMBus Intel 、SPI Motorola 、 Microwire/Plus NSC 等串行總線協(xié)議,而DS18B20采用的是單線（1-Wire）總線協(xié)議。單線（1-Wire）是DALLAS公司的一項(xiàng)專有技術(shù)，它采用一根信號線實(shí)現(xiàn)信號的雙向傳輸，具有接口簡單，節(jié)省I/O口線，便于擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作

9、的溫度檢測和顯示系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號處理電路，而且熱敏電阻的可靠性相對較差，測量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)的精度差。我們選用了美國DALLAS公司最新推出的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，DS18B20是DS1820的更新產(chǎn)品，它與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高在本設(shè)計(jì)中我使用智能溫度傳感器DS18B20構(gòu)建溫度檢測

10、系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時檢測及監(jiān)測，檢測數(shù)據(jù)精度高，范圍大。2 幾種常用溫度傳感器的原理及發(fā)展科學(xué)技術(shù)離不開測量。測量的目的就是要獲得被測對象的有關(guān)物理或化學(xué)性質(zhì)的信息，以便根據(jù)這些信息對被測對象進(jìn)行評價或控制，完成這一功能的器件就我們稱之為傳感器。傳感器是信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生等領(lǐng)域，尤其是溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個階段傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 含敏感元件 ；主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。模擬集成溫度傳感器/控制器 3 智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向

11、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展傳感器分類方法很多，常用的有2種一種是按被測的參數(shù)分，另一種是按變換原理來分。通常按被測的參數(shù)來分類，可分為熱工參數(shù)溫度、比熱、壓力、流量、液位等機(jī)械量參數(shù)：位移、力、加速度、重量等；物性參數(shù)比重、濃度、算監(jiān)度等；狀態(tài)量參數(shù)：顏色、裂紋、磨損等。溫度傳感器屬于熱工參數(shù)。溫度傳感器按傳感器于被測介質(zhì)的接觸方式可分為2大類：一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器，接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導(dǎo)及對流原理達(dá)到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，并在一定程度上還可測量物體內(nèi)部的溫度分布，但對于運(yùn)動的、熱容量比

12、較小的、或?qū)Ω袦卦懈g作用的對象，這種方法將會產(chǎn)生很大的誤差。非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。此種測溫方法的主要特點(diǎn)是可測量運(yùn)動狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對象，也可測溫度場的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。感器的原理及發(fā)展3.1 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精確度；測量范圍廣，可從-50-1600進(jìn)行連續(xù)測量，特殊的熱電偶如金鐵-鎳鉻，最低可測到-269，鎢-錸最高可達(dá)2800。熱電偶傳感器主要按照熱電效應(yīng)來工作。將兩種不同的導(dǎo)體A和B

13、 連接起來，組成一個閉合回路，即構(gòu)成感溫元件，如圖1所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個接點(diǎn)1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象即稱為熱電效應(yīng)，也叫溫差電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)進(jìn)行工作的。熱電偶的一端是將A、B兩種導(dǎo)體焊接在一起，稱為工作端，置于溫度為t的被測介質(zhì)中。另一端稱為參比端或自由端，放于溫度為t0的恒定溫度下。當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即可得到溫度值。熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示：Et E t -E t0 式中：Et熱電偶的熱電勢E t 溫度為t時的熱電勢E t0 溫度為t0時的熱

14、電勢當(dāng)參比端的溫度t0恒定時，熱電勢只于工作端的溫度有關(guān)，即Et f t 。當(dāng)組成熱電偶的熱電極的材料均勻時，其熱電勢的大小與熱電極本身的長度和直徑無關(guān)，只與熱電極的成分及兩端的溫度有關(guān)。3.2 集成 IC 溫度傳感器模擬集成溫度傳感器? 集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一 僅測量溫度 、測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控測，不需要進(jìn)行非線性校

15、準(zhǔn)，外圍電路簡單。目前在國內(nèi)外仍普遍應(yīng)用的一種集成傳感器，下面介紹一種具有高靈敏度和高精度的IC溫度傳感器AN6701。AN6701的原理圖如圖2所示，它由溫度檢測電路、溫度補(bǔ)償電路以及緩沖放大器3部分組成。IC溫度傳感器的檢測電路是利用晶體管對兩個發(fā)射極的電流密度差產(chǎn)生基極-發(fā)射極之間的電壓差 VbC 的原理而工作的。圖3所示為溫度檢測及溫度補(bǔ)償電路圖。圖2中，T1-T5為檢測電路，T8-T11及RC組成的電路產(chǎn)生正比其絕對溫度的電流，該電流通過T12和T13注入T7，即可獲得對應(yīng)于注入電流的補(bǔ)償溫度。RC為外接電阻，使傳感器的校準(zhǔn)比較方便。智能溫度傳感器 傳感器 亦稱數(shù)字溫度傳感器 是在2

16、0世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù) ATE 的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器 或寄存器 和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 CPU 、隨機(jī)存取存儲器 RAM 和只讀存儲器 ROM 。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器 MCU ；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化和諧也取決于軟件的開發(fā)水平。 4 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢 21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開

17、發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。4.1 提高測溫精度和分辨力21世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1。目前，國外已相繼推出多種高速度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625。由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125，測溫精度為±0.2。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例

18、，它對本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時間分別僅為27、9s。4.2 增加測試功能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時日歷時鐘 RTC ，使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡便。對某些智能溫度傳感器而言，主機(jī) 外部微處理器或單片機(jī) 還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定

19、其A/D轉(zhuǎn)換速率 典型產(chǎn)品為6654 ，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時間 典型產(chǎn)品為DS1624 。?4.3 總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用總線主要有單線 1-Wire 總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。4.4 可靠性及安全性設(shè)計(jì)D轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫度傳感器 例如TMP03/204、LM74、LM83 普遍采用了高性能的-式A/D轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低；由于采用數(shù)字反饋方式，因此比較

20、器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種智能溫度傳感器兼有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。為了避免在溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時產(chǎn)生誤動作，在AD7416/7417/7817、LM75/76、6625/6626等智能溫度傳感器的內(nèi)部，都設(shè)置了一個可編程的“故障排隊(duì) fault queue ”計(jì)數(shù)器，專用于設(shè)定允許被測溫度值超過上、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測溫度連續(xù)超過上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過所設(shè)定的次數(shù)n n 14 時，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會觸發(fā)中斷端。這意味著假定n 3時，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾

21、，都不會影響溫控系統(tǒng)的正常工作。76型智能溫度傳感器增加了溫度窗口比較器，非常適合設(shè)計(jì)一個符合ACPI Advanced Configuration and? Power Interface，即“先進(jìn)配置與電源接口” 規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過熱保護(hù)功能，可用來監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器中CPU及主電路的溫度。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為tH，臺式計(jì)算機(jī)一般為75，高檔筆記本電腦的專用CPU可達(dá)100。一旦CPU或主電路的溫度超出所設(shè)定的上、下限時，INT端立即使主機(jī)產(chǎn)生中斷，再通過電源控制器發(fā)出信號，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過CPU的極限溫度時，嚴(yán)重超溫報警輸

22、出端 T_CRIT_A 也能直接關(guān)斷主電源，并且該端還可通過獨(dú)立的硬件判斷電路來切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護(hù)措施已成為國際上設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)的新觀念。為防止因人體靜電放電 ESD 而損壞芯片。一些智能溫度傳感器還增加了ESD保護(hù)電路，一般可承受10004000V的靜電放電電壓。通常是將體等效于由100pF電容1.2k電阻串聯(lián)而成的電路模型，當(dāng)人體放電時，TCN75型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷/比較器信號輸出端和地址輸入端均可承受1000V的靜電放電電壓。LM83型智能溫度傳感器則可隨4000V的靜電放電電壓。最新開發(fā)的智能溫度傳感器 例如6654、LM83 還增加了傳感

23、器故障檢測功能，能自動檢測外部晶體管溫度傳感器 亦稱遠(yuǎn)程傳感器 的開路或短路故障。6654還具有選擇“寄存阻抗抵消” Parasitic Resistance Cancellation，英文縮寫為PRC 模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線阻抗所引起的測溫誤差，即使引線阻抗達(dá)到100，也不會影響測量精度。遠(yuǎn)程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。4.5 虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器 虛擬傳感器是基于傳感器硬件和計(jì)算機(jī)平臺、并通過軟件開發(fā)而成的。利用軟件可完成傳感器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能指標(biāo)。最近，病因B&K公司已開發(fā)出一種基于軟件設(shè)置的TEDS型虛擬傳感器，其主要特點(diǎn)是每只傳感

24、器都有唯一的產(chǎn)品序列號并且附帶一張軟盤，軟盤上存儲著對該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。使用時，傳感器通過數(shù)據(jù)采集器接至計(jì)算機(jī)，首先從計(jì)算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號，再從軟盤上讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后自動完成對傳感器的檢查、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器設(shè)置和記錄工作隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提高，自動化水平與范圍的不斷擴(kuò)大，對溫度傳感器的要求也越來越高，歸納起來有以下幾個方面：l?、擴(kuò)展測溫范圍：目前工業(yè)常用的測溫范圍為-200-3000，隨著工業(yè)的發(fā)展，對超高溫、超低溫的測量要求越來越迫切，如在宇宙火箭技術(shù)中常常需要測量幾千度的高溫。提高測量精度：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，信號處理儀表的精度有了很大的提高，特別是微型

25、計(jì)算機(jī)的使用使得對信號的處理精度更加提高。擴(kuò)大測溫對象：隨著工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钜蟮奶岣撸F(xiàn)在已由點(diǎn)測量發(fā)展到線、面測量。在環(huán)境保護(hù)、家用電器上都需要各種各樣的測溫儀表。發(fā)展新產(chǎn)品，滿足特殊需要：在溫度測量中，除了進(jìn)一步擴(kuò)展與完善管纜熱電偶、熱電阻，以及晶體管測溫元件、快速高靈敏度的普通熱電偶外，而且根據(jù)被測對象的環(huán)境，提出了許多特殊的要求。如防硫、防爆、耐磨的熱電偶，鋼水連續(xù)測溫，火焰溫度測量等。顯示數(shù)字化：溫度儀表不但具有讀數(shù)直觀、無誤差、分辨率高、測量誤差小的特點(diǎn)，而且給溫度儀表的智能化帶來很大方便。檢定自動化：由于溫度校驗(yàn)裝置將直接影響溫度儀表質(zhì)量的提高，值得在這方面花大力氣進(jìn)行研究。

26、我國已研制出用微型機(jī)控制的熱電偶校驗(yàn)裝置。3 DS18B20測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 現(xiàn)實(shí)測溫遇到的問題在現(xiàn)實(shí)測溫中，由于器件限制和精度要求，導(dǎo)致了測溫系統(tǒng)外圍電路十分復(fù)雜，系統(tǒng)可維護(hù)性以及可重用性差，并且許多測溫系統(tǒng)是通過A/D,D/A轉(zhuǎn)換來獲得溫度信息的，這在獲取高精度的溫度信息時就造成了轉(zhuǎn)換時間長，器件要求高，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的成本和復(fù)雜度。3.2 方案論證及比較 ? 方案一 ： 采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡單易懂，操作簡單，且價格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測量誤差大。 ? 方案二： 采用集成的單

27、片機(jī)主控，通過溫度傳感器、 A/D轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過含有單片機(jī)的檢測系統(tǒng)檢測，將結(jié)果傳送到單片機(jī)控制的主控器，數(shù)據(jù)通過顯示器顯示。原理框圖如下： ? 方案三 此方案是在方案二的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，溫度信號的輸入處理過程與方案二是相同的，但方案三的系統(tǒng)控制器是由 PC機(jī)控制的，用鼠標(biāo)代替鍵盤，在主控端更直觀的觀察多路測量結(jié)果，并且可以在系統(tǒng)改變運(yùn)行操作程序，框圖如下： ? 方案在主控端更直觀的觀察多路測量結(jié)果，并且可以在系統(tǒng)改變運(yùn)行操作程序綜上所述，方案三電路雖然與方案二類似，都較方案一調(diào)整方便、可兼顧的指標(biāo)多，方案三利用 PC機(jī)平臺實(shí)現(xiàn)軟件操作，在操作運(yùn)行上更勝一籌，簡單明了，所以我選擇第種方案

28、。DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 DS18B20、 DS1822 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C+125°C，在-10+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C 3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序設(shè)

29、定912位的分辨率，精度為±0.5°C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的性能價格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為±2°C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。DS

30、18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接

31、多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H、DS

32、18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。該字節(jié)各位的意義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是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

33、。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位96.75ms0110 位187.5?ms1011位375ms1112位750msDS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CP

34、U收到此信號表示復(fù)位成功。（a）初始化時序（b）寫時序（c）讀時序DS18B20的工作時序圖3.4 DS18B20單點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)主控制電路硬件原理說明裝置的構(gòu)成圖如圖所示。 圖 溫度檢測裝置圖1 CPU 模塊 采用AT8952單片機(jī)作為控制機(jī)構(gòu)的核心。AT8952 是一種低功耗、高性能的CMOS型 8位微型計(jì)算機(jī)。它帶有8K Flash 可編程和擦除的只讀存儲器（EPROM），該器件采用ATMEL的高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的80C51和82C52的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)Flash 集成在一個芯片上，可用于解決復(fù)雜的問題，且成本較低。AT8952提供了8K字節(jié)Flash ，

35、256字節(jié)RAM，32線I/O口，3個16位定時/計(jì)數(shù)器，6向量兩極中斷，一個雙工串行口，具有片內(nèi)自激振蕩器和時鐘電路等標(biāo)準(zhǔn)功能。此外， AT8952設(shè)有靜態(tài)邏輯，用于運(yùn)行到零頻率，并支持軟件選擇的節(jié)電運(yùn)行方式和空閑方式使CPU停止工作，而允許RAM、定時/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被凍結(jié)，一切功能都停止，只有片內(nèi)RAM的內(nèi)容被保存，直到硬件復(fù)位才恢復(fù)正常工作。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方式，將各個功能分成獨(dú)立的模塊。本裝置的軟件包括主程序、顯示子程序以及有關(guān)DS18B20的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序等）。主程序完成的功能是：。全部

36、的工作軟件流程圖情況如下 主程序框圖 讀溫度子程序LED顯示子程序程序代碼：;這是關(guān)于單個DS18B20的測溫程序,數(shù)據(jù)腳為P3.3,晶振是11.0592MHZ;溫度傳感器18B20采用器件默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)化,最大轉(zhuǎn)化時間要750毫秒;內(nèi)存分配聲明TEMPER_L EQU 29H;用于保存讀出溫度的低字節(jié)TEMPER_H EQU 28H;用于保存讀出溫度的高字節(jié)T_DF EQU 27H ;FORMAT后的小數(shù)部分 decimal fraction ，半字節(jié)的溫度小數(shù) 存在低四位 T_INTEGER EQU 26H ;FORMAT后的整數(shù)部分 integer ,將兩字節(jié)的溫度整合成1字節(jié)FLAG1

37、 BIT 50H;位地址50H是字節(jié)2AH的最低位，用作是否檢測到DS18B20的標(biāo)志位KEYFLAG EQU 24H;選通位del equ 40hA_BIT EQU 20h ;十位數(shù)存放內(nèi)存位置B_BIT EQU 21h ;個位數(shù)存放內(nèi)存位置C_BIT EQU 22H ;個位小數(shù)D_BIT EQU 23H ;十位小數(shù)ORG 0000H LJMP 0100hORG 0100HMAIN: LCALL INIT_RS232 LCALL T_CONVERSION;調(diào)用讀溫度子程序 LCALL T_FORMAT;將讀出的2字節(jié)溫度格式化 LCALL DISPLAY;調(diào)用led顯示子程序 LCALL P

38、ASS; 調(diào)用傳送子程序 LJMP MAIN;-DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換子程序 T_CONVERSION: LCALL INIT_1820 JB FLAG1,T_C0 RETT_C0: MOV A,#0CCH LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H LCALL WRITE_1820 LCALL display;延時750毫秒 LCALL INIT_1820 MOV A,#0CCH LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH LCALL WRITE_1820 LCALL READ_1820 RET;-DS18B20復(fù)位初始化程序 INIT_1820: SETB P3

39、.3 NOP CLR P3.3 MOV R0,#2INIT0: MOV R1,#250 DJNZ R1,$ DJNZ R0,INIT0 SETB P3.3 NOP MOV R0, #15INIT1: JNB P3.3, INIT3 DJNZ R0, INIT1 LJMP INIT4INIT3: SETB FLAG1 LJMP INIT5INIT4: CLR FLAG1 LJMP INIT6INIT5: MOV R0, #120 DJNZ R0, $INIT6: SETB P3.3 RET;-寫DS18B20的子程序 WRITE_1820: MOV R2,#8WR0: CLR P3.3 MOV

40、R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV P3.3,C MOV R3,#20 DJNZ R3,$ SETB P3.3 NOP NOP DJNZ R2,WR0 SETB P3.3 RET;-讀DS18B20的程序 READ_1820: MOV R4,#2 MOV R1,#TEMPER_LRE0: MOV R2,#8RE1: SETB P3.3 NOP NOP CLR P3.3 NOP NOP SETB P3.3 MOV R3,#5 DJNZ R3, $ MOV C,P3.3 MOV R3,#20 DJNZ R3, $ RRC A DJNZ R2,RE1 MOV R1,A DEC R1

41、DJNZ R4,RE0 RET;-整合讀出的兩字節(jié)溫度-T_FORMAT: MOV A, #0FH ANL A, TEMPER_L MOV T_DF, A MOV A, TEMPER_L SWAP A MOV TEMPER_L, A MOV A, TEMPER_H SWAP A MOV R0, #TEMPER_L XCHD A, R0 MOV T_INTEGER, A RET;-LED顯示的子程序 DISPLAY: mov a, T_INTEGER mov b,#10 div ab mov A_BIT,a mov b_bit, b MOV A, T_DF MOV R0, #C_BIT MOV

42、R2, #2 D0: MOV B, #10 MUL AB MOV B, #16 DIV AB MOV R0, A INC R0 MOV A, B DJNZ R2, D0; mov del,#200DSY: MOV R0,#20H MOV R1,#02HLOOP: MOV P2,R1 MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL D1mS inc R0 MOV A,R1 RL A MOV R1,A JNB ACC.5,LOOP DJNZ del,DSY RET TABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,09

43、2H,082H,0F8H,080H,090H ;-二進(jìn)制到ASCII碼轉(zhuǎn)換-PASS: MOV A, #30H ORL A_BIT, A ;傳送到pc上位機(jī) lcall TX_CHAR ORL B_BIT, A lcall TX_CHAR ORL C_BIT, A lcall TX_CHAR ORL D_BIT, A lcall TX_CHAR ret;-1ms延時 D1mS: MOV R7,#250LOOP0: NOP NOP DJNZ R7,LOOP0 RET;-1s延時 D1S: Mov R6,#4LOOP2: mov R5,#250LOOP1: LCALL D1mS DJNZ R5,L

44、OOP1 DJNZ R6,LOOP2 RETINIT_RS232:MOV SCON,#50HMOV TMOD,#20H ;定時器t1工作方式2MOV TH1,#0FDHSETB TR1SETB TIRET; TX_CHAR:JNB TI,$CLR TIMOV SBUF, ARET; END3.5 DS18B20多點(diǎn)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，可以通過在單線上串接多個DS18B20來達(dá)到多點(diǎn)測溫和降低硬件復(fù)雜。DS18B20多點(diǎn)測溫系統(tǒng)硬件原理圖如下所示： 硬件說明將多個DS18B20串接在89S52的P3.3上，采用電源供電，利用上拉電阻R1保證溫

45、度信息的正常傳送，由于多個DS18B20串接在同一口上，在獲取溫度信息時需進(jìn)行ROM匹配，以保證所獲取的溫度信息與目標(biāo)相同。同時在系統(tǒng)硬件上可以通過擴(kuò)展鍵盤來進(jìn)行傳感器的片選。 軟件設(shè)計(jì)每一片DSl820 在其ROM 中都存有其唯一的48 位序列號在出廠前已寫入片內(nèi)ROM中主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須逐一接入18B20 用讀ROM 33H 命令將該18B20 的序列號讀出并記錄。當(dāng)主機(jī)需要對眾多在線18B20 的某一個進(jìn)行操作時，首先要發(fā)出匹配ROM 命令 55H ，緊接著主機(jī)提供64 位序列 包括該18B20 的48 位序列號 ，之后的操作就是針對該18B20 的。而所謂跳過ROM 命令即為之后

46、的操作是對所有18B20 的。框圖中先有跳過ROM 即是啟動所有18B20 進(jìn)行溫度變換之后，通過匹配ROM 再逐一地讀回每個18B20 的溫度。數(shù)據(jù)在18B20 組成的測溫系統(tǒng)中，主機(jī)在發(fā)出跳過ROM 命令之后再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟動碼44H 就可以實(shí)現(xiàn)所有18B20 的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過1s 后就可以用很少的時間去逐一讀取這種方式使其T 值往往小于傳統(tǒng)方式。由于采取公用的放大電路和A D 轉(zhuǎn)換器只能逐一轉(zhuǎn)換顯然通道數(shù)越多這種省時應(yīng)就越明顯。多路測溫程序框圖DS18B20 序列號獲得； -DS18B20 序列號應(yīng)用程序,P3.3 接DS18B20 ORG 0000HAJMP MAINORG 0

47、020HMAIN：MOV SP,#60HCLR EA ；DS18B20 一定要禁止任何中斷產(chǎn)生LCALL INT ；DS18B20MOV A,#33HLCALL WRITE ；DS18B20 的ROM 命令LCALL READ ；DS18B20 序列號MOV 40H,ALCALL READMOV 41H,ALCALL READMOV 42H,ALCALL READMOV 43H,ALCALL READMOV 44H,ALCALL READMOV 45H,ALCALL READMOV 46H,ALCALL READMOV 47H,ASETB EASJMP $INT： ；DS18B20 子程序CLR EAL0：CLR