李萍

摘要：針對傳統(tǒng)測溫元件和測溫方法所存在的問題，提出了一種基于DS18820和AT89S51的高精度溫度測量儀。詳細(xì)介紹了單總線溫度傳感器DSl8820的結(jié)構(gòu)以及其單總線工作原理，并給出了單總線測溫儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)流程。最后，利用Proteus軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時讀取、LCD顯示、超溫報警等功能。

關(guān)鍵詞：單總線；溫度測量；DS18820；AT89S51；Proteus；仿真

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）14-0200-02

溫度是物體冷卻程度的物理量，也是一種基本的環(huán)境參數(shù)。在大棚種植、工業(yè)控制、電子測溫、家用電器等需要溫度監(jiān)測的領(lǐng)域中，溫度控制的精確性和實(shí)效性要求越來越高。傳統(tǒng)的溫度測量方法很多，測溫元件主要以熱電偶、熱電阻或者模擬式溫度傳感器為主，存在測量精度較低、可溫度是表征靠性較低、需要A/D轉(zhuǎn)換，且電路復(fù)雜等一系列問題。

本文提出一種采用Dallas公司的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18820為測溫元件，AT89S51單片機(jī)為控制核心所構(gòu)成高精度的溫度測量儀，不僅具有控制方便、電路結(jié)構(gòu)簡單、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，且可以大大提升測溫指標(biāo)，很好地解決上述問題。實(shí)現(xiàn)在單片機(jī)的控制下檢測溫度與顯示，并可設(shè)置高、低溫度超限報警等功能，廣泛使用于距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)分布多的場合，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價值。

1 DSl8820測溫優(yōu)點(diǎn)

DS18820是Dallas公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型的單總線智能溫度傳感器。溫度測量范圍為-55～+125℃，能夠直接讀出被測量的溫度；測量結(jié)果以9～12位數(shù)字量串行傳送，同時可傳送CRC校驗(yàn)碼，最高分辨率可達(dá)0.0625℃，滿足高精度的測量要求；工作電源電范圍3.0～5.5V；獨(dú)特的單總線接口方式，在使用過程中不需要任何外圍元件，且支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能。DS18820測溫可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡潔，可靠性高，使得其非常適用于高精度的溫度采集與檢測。DS18820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2硬件電路設(shè)計(jì)及分析

系統(tǒng)主要由AT89S51單片機(jī)、DS18820測溫元件、1602LCD顯示電路、超溫報警電路、時鐘電路以及復(fù)位電路等構(gòu)成，原理框圖如圖2所示。

系統(tǒng)采用DS18820進(jìn)行測溫，通過單總線方式接至AT89S51的P3.3引腳。AT89S51單片機(jī)采集DS18820送來的溫度信息，經(jīng)過軟件算法將處理后的溫度信息通過LCD1602顯示器顯示出來。溫度的上下限值可通過P1.0-P1.2的按鍵來進(jìn)行設(shè)定。若超過設(shè)定的上限或下限溫度值，將通過P3.6或P3.7進(jìn)行高低溫報警。系統(tǒng)采用Proteus軟件設(shè)計(jì)的仿真電路如圖3所示。

2.1測溫電路

溫度采集模塊DS18820采用單總線結(jié)構(gòu)，與單片機(jī)交換信息僅需要一根I/O線，其讀/寫及溫度轉(zhuǎn)換的功率也可來源于數(shù)據(jù)總線，而無需額外電源。DSl8 B20有3個引腳，1腳VDD是外電源輸入端，2腳DQ是數(shù)字信號輸入/輸出端，3腳GND是地線。

2.2 LCD液晶顯示電路

LCD1602顯示器用于顯示實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。此外，剛上電時，先后顯示上下限溫度設(shè)定值。P2.0～P2.2分別接LCD1602的RS、RW及E端，P0口接LCDl602的數(shù)據(jù)輸出端DO到D7。

2.3按鍵輸入電路

采用獨(dú)立式鍵盤P1.0～P1.2用來修改溫度報警的上限與下限值。系統(tǒng)默認(rèn)的溫度報警上限為50～C，下限為-10℃。系統(tǒng)上電后，LCD1602將先顯示溫度報警上限值。若按P1.0鍵報警值加1，按PI.1鍵報警值減1；P1.2為確定鍵，用于保存修改值。按下確定鍵后，接著顯示溫度報警的下限值，修改保存后，再進(jìn)行實(shí)時溫度顯示。

3軟件設(shè)計(jì)及分析

軟件程序主要包括以下部分：

1）初始化部分，包括對LCD 1602及DS18820的初始化。

2）按鍵處理部分：上電后，LCD1602顯示上限報警溫度值，若20秒之內(nèi)有溫度加或溫度減鍵按下，則修改后保存溫度上限值；同理修改并保存溫度下限值。

3）設(shè)置溫度報警子程序：根據(jù)修改的溫度上下限值，在DS18820初始化后，發(fā)跳過ROM命令，將溫度報警值寫入DS18820，再發(fā)跳過ROM命令，將溫度報警值復(fù)制到EE-PROM中。

4）讀取溫度字程序：若檢測到DS18820無故障時，可讀取溫度。順序是：發(fā)出跳過序列號命令（0Xcc）→啟動溫度轉(zhuǎn)換命令（0x44）→DS18820初始化→跳過序列號命令（0Xec）→讀取溫度寄存器命令（0XBE）→分別保存溫度低8位、高8位以及高溫限值（TH）和低溫限值（TL）。

5）LCD顯示溫度子程序：顯示溫度前，需要先對溫度的符號進(jìn)行判別。先由符號位判定溫度的正負(fù)，若溫度為負(fù)，則對應(yīng)的溫度絕對值為原碼的補(bǔ)碼。根據(jù)讀取的2字節(jié)溫度值，判斷其符號位并分別讀取其整數(shù)部分和小數(shù)部分，通過運(yùn)算后保存到顯示緩沖區(qū)，并刷新LCD顯示緩沖，同時注意高位為0時不顯示，最后在LCD中第一行顯示標(biāo)題，在第二行中顯示當(dāng)前溫度及溫度符號。子程序流程圖見圖4。

6）溫度報警處理部分：讀取DS18820溫度值及報警上下限值后，進(jìn)行比較，若超出范圍則驅(qū)動上/下限報警單元進(jìn)行報警。

3.4軟件設(shè)計(jì)流程

4 Keil與Proteus的仿真調(diào)試

軟件上，采用C語言編程，在KeilC51軟件中，將編寫的程序進(jìn)行編譯、調(diào)試，并生成十六進(jìn)制目標(biāo)代碼文件（XX.hex）。硬件上，利用Proteus軟件繪制出系統(tǒng)的仿真原理圖，并進(jìn)行純電路的仿真后，雙擊CPU，在出現(xiàn)對話框中的“Programfile”加入目標(biāo)代碼文件XX.hex，并進(jìn)行系統(tǒng)的仿真調(diào)試，直至調(diào)試成功。仿真調(diào)試好之后，通過按鍵可修改溫度報警的上下限值，調(diào)試時可看到LCD1602上顯示所采集到的溫度值，誤差在0.1度范圍內(nèi)，達(dá)到了良好的仿真效果，如圖2所示。

5結(jié)束語

本設(shè)計(jì)以Proteus和Keil軟件作為開發(fā)工具，以AT89S51單片機(jī)為控制核心，并采用單總線智能溫度傳感器DS18820作為溫度檢測元器件，加上合適的外圍電路，構(gòu)成了實(shí)時溫度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時讀取、LCD顯示及超溫報警等功能，且系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡潔、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便，易于擴(kuò)展成為多點(diǎn)測溫系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，在溫度采集與檢測領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。