基于單片機(jī)的數(shù)字溫傳感器DSB的設(shè)計(jì)制作

1、基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20的設(shè)計(jì)制作 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)班級(jí)：08應(yīng)電1班制作人：陳艷黃鳳蔣斌 指導(dǎo)老師：鄺永明 2009年12月3日引言 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)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，這里設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。選用AT89C51型單片機(jī)作為主控制器件，DS18B20作為測(cè)溫傳感器通過4位共陽極LED數(shù)碼管串口

2、傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。通過DS18B20直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，線性度較好，在0100最大線性偏差小于0.1。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。另外，該溫度計(jì)還能直接采用測(cè)溫器件測(cè)量溫度，從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸與處理過程。DS18B20是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測(cè)量電路變得簡(jiǎn)單、可靠。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了DS18B20數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程，并給出了軟件流程圖。芯片使用了ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)和DALLAS公司

3、的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。上位機(jī)部分使用了通用PC。該系統(tǒng)可應(yīng)用于倉庫測(cè)溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。第一章1.1系統(tǒng)背景在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測(cè)，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測(cè)，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測(cè)，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測(cè)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。1.2 系統(tǒng)概述 本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫

4、度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位機(jī)（PC）控制下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集。溫度值既可以送回主控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行控制。下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)。DS18B20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。如糧食倉儲(chǔ)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、溫控制程生產(chǎn)線之溫度影像檢測(cè)、醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢

5、測(cè)、石化、機(jī)械等。第二章、方案論證 溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。2.1 傳感器部分方案一：采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90

6、攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比如AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào),必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī),這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外,這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器,不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量.即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案二：在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)

7、量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS1820和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單,體積也不大,且由于AT89S52可以帶多個(gè)DSB1820,因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量.輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)

8、潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。2.2主控制部分方案一：此方案采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是PC機(jī)輸出信號(hào)不能直接與DS18B20通信。需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡(jiǎn)便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，PC機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩！方案二：此方案采用AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的

9、算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信.運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外AT89S52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。2.3  系統(tǒng)方案綜上所述,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。通過下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)

10、的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。實(shí)際采用電路方案如下圖：DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式。測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 -55°C+125°C，在-10+85°C范圍內(nèi),精度

11、為±0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。DS18B20結(jié)構(gòu)（1） DS18B20的結(jié)構(gòu)如下圖所示DS18B20的管腳排列DS18B20如圖所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖2所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。  ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B2

12、0的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8X5X41）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20的時(shí)序1、1復(fù)位時(shí)序復(fù)位使用DS18B20時(shí)，首先需將其復(fù)位，然后才能執(zhí)行其它命令。復(fù)位時(shí)，主機(jī)將數(shù)據(jù)線拉為低電平并保持480us960us，然后釋放數(shù)據(jù)線，再由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉高1560us，等待DS18B20發(fā)出存在脈沖，存在脈沖有效時(shí)間為60240us，這樣，就完成了復(fù)位操作。12寫時(shí)序在主機(jī)對(duì)DS18B20寫數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)線置為高電平，再變?yōu)榈碗娖?，該低電平?yīng)大于lus。在數(shù)據(jù)線變?yōu)?/p>

13、低電平后15us內(nèi)，根據(jù)寫“1”或?qū)憽?”使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。DS18B20將在數(shù)據(jù)線變成低電平后15us60US內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。要求寫入DS18B20的數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于6Ous而小于120us，兩次寫數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔應(yīng)大于lus。12讀時(shí)序讀時(shí)隙當(dāng)主機(jī)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)先將數(shù)據(jù)線置為高電平，再變?yōu)榈碗娖剑摰碗娖綉?yīng)大于lus，然后釋放數(shù)據(jù)線，使其變?yōu)楦唠娖?。DS18B20在數(shù)據(jù)線從高電平變?yōu)榈碗娖降?5us內(nèi)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上。主機(jī)可在15us后讀取數(shù)據(jù)線。DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形

14、式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。例如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。程序設(shè)計(jì)思路程序名稱：DS18B20溫度測(cè)量#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define tempint DBYTE0x30#define tempdf DBYTE0x31uchar code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x83

15、,0xf8,0x80,0x98;sbit dat=P10;void set_ds18b20(); /初始化DS18B20子程序void get_temperature(); /獲得溫度子程序void read_ds18b20(); /讀DS18B20子程序void write_ds18b20(uchar command);/向DS18B20寫1字節(jié)子程序void delayms(uchar count); /延時(shí)count毫秒子程序void disp_temp(); /顯示溫度子程序void main() EA=0; /禁止中斷 SP=0x60; /設(shè)置堆棧指針 while(1) get_te

16、mperature(); /獲得溫度 disp_temp(); /顯示溫度 void set_ds18b20() while(1) uchar delay,flag; flag=0; dat=0; /數(shù)據(jù)線置低電平 delay=250; while(-delay); /低電平保持500us dat=1; /數(shù)據(jù)線置高電平 delay=30; while(-delay); /低電平保持60us while(dat=0) /判斷DS18B20是否發(fā)出低電平信號(hào) delay=120; /DS18B20響應(yīng)，延時(shí)240us while(-delay); if(dat) /DS18B20發(fā)出高電平初始化

17、成功，返回 flag=1; /DS18B20初始化成功標(biāo)志 break; if(flag) /初始化成功，再延時(shí)480us delay=240; while(-delay); break; void get_temperature() /溫度轉(zhuǎn)換、獲得溫度子程序 set_ds18b20(); /初始化DS18B20 write_ds18b20(0xcc); /發(fā)跳過ROM匹配命令 write_ds18b20(0x44); /發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令 disp_temp(); /顯示溫度，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，大于600ms set_ds18b20(); write_ds18b20(0xcc); /發(fā)跳過ROM匹

18、配命令 write_ds18b20(0xbe); /發(fā)出讀溫度命令 read_ds18b20(); /將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到tempint和tempdf處void read_ds18b20() uchar delay,i,j,temp,temph,templ; j=2; /讀2位字節(jié)數(shù)據(jù) do for(i=8;i>0;i-) /一個(gè)字節(jié)分8位讀取 temp>>=1; /讀取1位右移1位 dat=0; /數(shù)據(jù)線置低電平 _nop_(); _nop_(); dat=1; /數(shù)據(jù)線置高電平 delay=4; while(-delay); /延時(shí)4us if(dat) /讀取1位數(shù)據(jù)

19、 temp|=0x80; delay=10; /讀取以為數(shù)據(jù)后延時(shí)20us while(-delay); if(j=2) /讀取的第一字節(jié)存templ templ=temp; else temph=temp; /讀取的第二字節(jié)存temph while(-j); tempdf=templ&0x0f; /將讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成溫度值，整數(shù)部分存tempint,小數(shù)部分存tempdf templ>>=4; temph<<=4; tempint=temph|templ;void write_ds18b20(uchar command) uchar delay,i; for(

20、i=8;i>0;i-) /將一字節(jié)數(shù)據(jù)一位一位寫入 dat=0; /數(shù)據(jù)線置低電平 delay=8; /延時(shí)16us while(-delay); dat=command&0x01; /將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)線上 delay=20; /延時(shí)40us while(-delay); command=command>>1; /準(zhǔn)備發(fā)送下一位數(shù)據(jù) dat=1; /發(fā)送完一位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)線置高電平 _nop_(); /延時(shí)1us void disp_temp() uchar tempinth,tempintl,tempdfh,tempdfl,cnt; tempinth=tabtempi

21、nt/10; /整數(shù)高半字節(jié) tempintl=tabtempint%10&0x7f;/整數(shù)低半字節(jié) tempdfh=tabtempdf/10; /小數(shù)高半字節(jié) tempdfl=tabtempdf%10; /小數(shù)低半字節(jié) cnt=200; /循環(huán)顯示200次 while(-cnt) P2=0xfe; P0=tempinth; delayms(1); P2=0xfd; P0=tempintl; delayms(1); P2=0xf7; P0=tempdfh; delayms(1); P2=0xef; P0=tempdfl; delayms(1); / P0=0xff; void dela

22、yms(uchar count) uchar i,j; do for(i=5;i>0;i-) for(j=98;j>0;j-); while(-count);第五章系統(tǒng)調(diào)試§5.1 分步調(diào)試1、測(cè)試環(huán)境及工具測(cè)試溫度：0100攝氏度。（模擬多點(diǎn)不同溫度值環(huán)境）測(cè)試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，溫度計(jì)0100攝氏度，串口調(diào)試助手。測(cè)試方法：目測(cè)。2、測(cè)試方法使系統(tǒng)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)硬件檢測(cè)是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測(cè)試電路等）。系統(tǒng)自帶測(cè)試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)水溫變化情況（取溫度值不同的多點(diǎn)），目測(cè)顯示電路是否正常。并記錄各點(diǎn)溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。使用串口調(diào)試助手與單片機(jī)通訊，觀察單片機(jī)與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。3、測(cè)試結(jié)果分析自檢正常，各點(diǎn)溫度顯示正常，串口傳輸數(shù)據(jù)正確。因?yàn)樾酒撬芰戏庋b，所以對(duì)溫度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高，需要一個(gè)很短的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。§5.2 統(tǒng)一調(diào)試將硬件及軟件結(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)試。附：DS18B20使用中的注意事項(xiàng) DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： （1）DS18B20從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換