邵陽學(xué)院信息工程系　付藝豪　許建明　李　忠

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基于DS18B20的數(shù)字溫度計設(shè)計

邵陽學(xué)院信息工程系付藝豪許建明李忠

【摘要】文章介紹了基于單片機(jī)的溫度檢測及其顯示系統(tǒng)設(shè)計，主要是以DS18B20溫度傳感器作為基礎(chǔ)進(jìn)行溫度檢查，利用單片機(jī)模塊的處理功能，在液晶顯示器上顯示相應(yīng)的檢查溫度。本系統(tǒng)主要由三個模塊組成：單片機(jī)核心控制模塊、DS18B20溫度檢測模塊、液晶屏顯示模塊。硬件部分介紹了系統(tǒng)中各個單元模塊的原理，軟件部分介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)。本設(shè)計有著成本低、功耗低、實用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；液晶顯示器；溫度傳感器

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，電量或非電量是重要的被控參數(shù)，其中溫度是最常見的被控量，在各種生產(chǎn)和生活的領(lǐng)域中，人們經(jīng)常要對鍋爐、加熱爐、熱處理裝置等各種設(shè)備進(jìn)行溫度的檢測和控制。由于智能電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)替代了傳統(tǒng)技術(shù)的溫度測量和控制方法，特別利用單片機(jī)測溫和控溫的裝置不僅具有數(shù)碼顯示、簡單靈活、電路簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，而且可以提高被控溫度的測量精度，提高設(shè)備的性能。本文介紹一種基于單總線、數(shù)字化的溫度控制系統(tǒng)，并利用Proteus仿真軟件和Keil軟件對系統(tǒng)電路進(jìn)行綜合的虛擬仿真，實現(xiàn)溫度實時測量和數(shù)碼顯示。

1　系統(tǒng)基本工作原理

系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。由于DS18B20是單總線A/D器件，先由主控制器對其發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換的命令后，DS18B20開始采集被測溫度物理量進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換為電信號操作，在內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字量并存放到內(nèi)部16位寄存器中，再由單片機(jī)對DS18B20進(jìn)行讀取串行數(shù)字量。最后由單片機(jī)對讀出數(shù)字量進(jìn)行處理，在LCD1602液晶顯示器上進(jìn)行顯示。假設(shè)溫度值超過設(shè)定溫度范圍，則單片機(jī)會控制報警裝置進(jìn)行報警。

圖1　系統(tǒng)框圖

2　硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1單片機(jī)系統(tǒng)

AT89C51單片機(jī)是ATMEL公司研制生產(chǎn)的，具有低電壓、高性能、8位CMOS結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。片內(nèi)包含4k字節(jié)的PEROM和128字節(jié)的RAM，采用ATMEL公司的非易失性存儲、高密度生產(chǎn)技術(shù)，兼容MCS-51指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可應(yīng)用在各種要求高性能的應(yīng)用領(lǐng)域和場合。

2.2DS18B20溫度傳感器

DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線的溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；測量溫度范圍為-55℃到+125℃，利用程序控制可以改變?yōu)?到12位A/D轉(zhuǎn)換精度，溫度測量分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度利用16位串行數(shù)字量輸出。單片機(jī)只需要一根I/O線就能與多個DS18B20進(jìn)行串行通信，占用微處理器的I/O口線較少，可節(jié)省大量的引腳和電路資源。

2.3LCD1602液晶顯示器

由于液晶顯示器LCD比陰極射線管顯示器CRT、數(shù)碼顯示器LED顯示穩(wěn)定，不閃爍，顯示內(nèi)容多的特點(diǎn)，在應(yīng)用過程中采用LCD顯示器更加普遍。單片機(jī)可以直接用數(shù)據(jù)口連接LCD的數(shù)據(jù)口，系統(tǒng)會更加簡單可靠，更加方便操作。本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示器進(jìn)行溫度顯示，單片機(jī)P2.0-P2.2作為液晶顯示器的控制端口，P0口作為數(shù)據(jù)口，顯示效果完全達(dá)到設(shè)計要求。

圖2　系統(tǒng)仿真圖

3　軟件設(shè)計與仿真

系統(tǒng)軟件的設(shè)計關(guān)鍵在于DS18B20的時序控制。DS18B20屬于單總線溫度傳感器，利用一根數(shù)據(jù)線對數(shù)據(jù)的雙向傳輸，數(shù)據(jù)的傳輸時序或協(xié)議就非常重要，對數(shù)據(jù)讀寫提出嚴(yán)格的時序規(guī)定，而單片機(jī)AT89C51并不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)單線傳輸，必須利用程序進(jìn)行模擬單總線的時序工作。系統(tǒng)的主程序主要通過初始化，發(fā)送啟動指令，獲取溫度，顯示溫度，報警等子程序?qū)崿F(xiàn)。通過一個循環(huán)設(shè)置，使系統(tǒng)不斷地進(jìn)行對溫度的檢測。對電路進(jìn)行仿真測試圖如2所示。

4　結(jié)束語

本設(shè)計采用了單片機(jī)控制的溫度檢測系統(tǒng)。采用DS18B20單總線溫度傳感器測量精度高、互換性很好，能直接將溫度的模擬量轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字量，只需要一根I/O口線就能夠傳輸溫度數(shù)據(jù)，比普通的并行總線要方便簡單，且抗干擾能力強(qiáng)。這種控制系統(tǒng)具有電路簡單、性能穩(wěn)定、成本低廉、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢，是現(xiàn)代工業(yè)控制中溫度檢測和控制的優(yōu)良的方案，具有廣泛的實用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]江世明,許建明,朱群峰,申壽云.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2013.

[2]郁有文,常健,程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.

[3]黃同成.程序設(shè)計基礎(chǔ)教程(c語言)[M].長沙:湖南人民出版社,2011.

付藝豪（1994—），男，貴州貴陽人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于邵陽學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術(shù)研究。

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