單片機(jī)課程設(shè)計方案之基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計方案

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計課題：基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計姓名:班級：學(xué)號:指導(dǎo)老師：日期：引言

在糧庫測溫系統(tǒng)、冷庫測溫系統(tǒng)、智能化建筑控制系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)等多種系統(tǒng)中都需要多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。因此，多點(diǎn)溫度測量技術(shù)實現(xiàn)尤為重要.美國Dallas公司推出的數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，電源供電范圍在3.0～5.5V；溫度測量范圍為-55～+125℃;具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個通用I/O端口即可完成與微處理器的通信；在-10~+85℃溫度范圍內(nèi)具有±0.5℃精度；用戶可編程設(shè)定9~12位的分辨率。以上特性使得DSl8B20非常適用于構(gòu)建高精度、多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。

DS18B20簡介

DSl8B20是美國Dallas半導(dǎo)體公司推出的一種智能數(shù)字溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式；可以分別在93。75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量；從DS18B20讀出信息或?qū)懭隓S18B20信息僅需要1根口線(單線接口)；溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源.使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

由DS18B20和Atmel公司推出的單片機(jī)AT89C51以及相關(guān)外圍電路組成的高精度、多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用8片DS18B20構(gòu)成小型溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)[3]，通過并行連接方式連接至單片機(jī)的通用I/O端口。單片機(jī)獲得溫度信息后,通過特定的算法,將處理后的溫度信息通過LED顯示出來,同時通過串行口送上位機(jī)處理。

DS18B20內(nèi)部均有一個獨(dú)立的64位序列號，單片機(jī)通過序列號可以對一條總線上的多支DS18B20進(jìn)行控制，讀取它們的溫度。但是，要完成這個操作，軟件設(shè)計比較復(fù)雜，同時存在一個缺點(diǎn)-—速度太慢。無法適用于一些實時性要求高的測溫場合.所以本次設(shè)計采取一種利用單片機(jī)的并口，同步快速讀取8支DS18B20的方法.

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

2．1并行同步快速讀取8支DS18B20的方法

對于一支DS18B20，我們要輸出或輸入各類數(shù)據(jù)時,可以采用位尋址，比如：sbitDQ=P3^3;DQ=0;DQ=1；

而對于8支DS18B20,如果還采用位尋址的方法，采用單總線，通過查詢序列號依次讀取，程序就非常復(fù)雜,而且速度會大大減慢,所以將位尋址擴(kuò)展為字節(jié)尋址,比如：

＃defineDQP3;DQ=0x00；DQ=0xff;

即可一次輸出或輸入8個位數(shù)據(jù),從而達(dá)到同步讀取的目的。

2．2系統(tǒng)的溫度合成處理

采用上述方法一次讀取8支DS18B20的時間不超過1秒，但讀取的數(shù)據(jù)在RAM中并不順序排列的。必須用軟件合成處理，才能得到所需要的溫度值。如表—1所示，縱向排列的是存放每次讀取數(shù)據(jù)的Buf，而橫向才是我們需要的溫度值，此時設(shè)計一個將縱向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為橫向溫度的程序，連續(xù)執(zhí)行兩次，就可以將DS18B20的高和低字節(jié)全部合成標(biāo)準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù).2．3系統(tǒng)軟件流程圖

主程序執(zhí)行流程如圖2所示，主程序先對各DS18B20進(jìn)行初始化，然后重復(fù)調(diào)用寫命令和讀數(shù)據(jù)模塊，最后將數(shù)據(jù)處理后送入LED顯示。2.4系統(tǒng)電路圖3系統(tǒng)仿真

Proteus軟件是Labcenter公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件,它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設(shè)計,而ISIS模塊用來完成電路原理圖的繪制與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片,比如MCS—51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機(jī)實驗環(huán)境。

本設(shè)計的核心部分為八點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確讀取，完成電路設(shè)計和軟件編程后,將程序在KEIL下編譯,裝入單片機(jī)，進(jìn)行仿真,可以看到，同步快速多點(diǎn)溫度測量得到了實現(xiàn).仿真中的一個畫面如下面圖3中的效果所示，此時采集的是第5通路的測量溫度。4系統(tǒng)運(yùn)行與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)計方案搭建實際系統(tǒng)電路，依次采集八路溫度測量數(shù)據(jù)，并且在LED數(shù)碼管上顯示所測溫度，同時與現(xiàn)場溫度計測量值進(jìn)行比較，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如下，見表-2：表—2傳感器與溫度計數(shù)據(jù)對照

測量結(jié)果數(shù)據(jù)與溫度計直接測量吻合，符合仿真結(jié)果，本系統(tǒng)的測量范圍為0－99℃，DS18B20數(shù)字值讀取位數(shù)為8位，精確到1℃,滿足日常測量應(yīng)用。另外可以通過改變DS18B20數(shù)字值讀取位數(shù)提高精度，也可以根據(jù)實際應(yīng)用要求擴(kuò)大量程。在系統(tǒng)基礎(chǔ)上可以加入開關(guān)控制測量通路選擇，并實現(xiàn)超過測量范圍蜂鳴器報警。

5結(jié)論

該溫度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、程序設(shè)計方便，基于仿真系統(tǒng)構(gòu)建的實際電路運(yùn)行良好，8支DS18B20的讀取時間與1支DS18B20的讀取時間基本相等，測溫迅速準(zhǔn)確.本設(shè)計采用Proteus仿真的好處在于可以迅速觀察到設(shè)計效果，同時可以通過改變元器件參數(shù)使整個電路性能達(dá)到最優(yōu)化。

6參考文獻(xiàn)

1、唐俊翟.單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］。北京：冶金工業(yè)出版社，252-2672、胡偉.單片機(jī)C程序設(shè)計及應(yīng)用實例[M]。北京：人民郵電出版社，1-4873、趙娜，趙剛.基于51單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng)[J］。微計算機(jī)信息，2007。4、于永學(xué)，葛建。1—Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS1—8B20及應(yīng)用［J］。電子產(chǎn)品世界,2003(2):80—82.5、江世明,劉先任.基于DS18B20的智能溫度測量裝置[J］.邵陽學(xué)院學(xué)報，2004.6、聶毅。單片機(jī)定時器中斷時間誤差的分析及補(bǔ)償[J］

微計算機(jī)信息

20027、譚浩強(qiáng)。C語言程序設(shè)計（第二版）

北京:清華大學(xué)出版社

1999

附錄:程序 ＃include<reg51。h〉＃defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^7;//ds18b20與單片機(jī)連接口sbitRS=P3^0；sbitRW=P3^1；sbitEN=P3^2;unsignedcharcodestr1［］={”temperature："｝;unsignedcharcodestr2［］=｛”"}；uchardatadisdata[5］；uinttvalue；//溫度值uchartflag；//溫度正負(fù)標(biāo)志/****＊**＊*****＊****＊*＊*＊*＊lcd1602程序*＊*＊＊**＊*＊**＊***＊＊*＊＊＊**＊*/voiddelay1ms(unsignedintms)//延時1毫秒（不夠精確的）｛unsignedinti,j;for（i=0；i〈ms；i++）for（j=0；j<100;j++)；}voidwr_com(unsignedcharcom）//寫指令//｛delay1ms（1）;RS=0;RW=0;EN=0;P2=com；delay1ms(1）；EN=1；delay1ms（1）;EN=0;｝voidwr_dat（unsignedchardat)//寫數(shù)據(jù)//｛delay1ms（1);;RS=1;RW=0；EN=0;P2=dat;delay1ms（1);EN=1；delay1ms（1);EN=0;}voidlcd_init()//初始化設(shè)置//｛delay1ms(15）;wr_com(0x38）；delay1ms（5）；wr_com（0x08）;delay1ms(5);wr_com(0x01）；delay1ms(5）；wr_com(0x06)；delay1ms(5）；wr_com(0x0c)；delay1ms（5);}voiddisplay（unsignedchar＊p）//顯示//｛while（*p!=’\0’）｛wr_dat(＊p）；p++;delay1ms（1）;}｝init_play(）//初始化顯示｛lcd_init()；wr_com（0x80）; display（str1); wr_com（0xc0)； display（str2)；｝/＊*＊＊＊＊***＊＊＊***＊****＊**＊＊＊＊**＊ds1820程序*＊*＊＊*********＊*＊*****＊＊**＊***＊＊＊＊**＊＊*/voiddelay_18B20（unsignedinti）//延時1微秒{ while（i—-）;｝voidds1820rst()/＊ds1820復(fù)位＊/{unsignedcharx=0； DQ=1;//DQ復(fù)位 delay_18B20（4）;//延時 DQ=0；//DQ拉低 delay_18B20（100）;//精確延時大于480us DQ=1；//拉高 delay_18B20(40）; }uchards1820rd(）/＊讀數(shù)據(jù)*/{unsignedchari=0； unsignedchardat=0; for(i=8;i〉0；i—-） ｛DQ=0;//給脈沖信號 dat>〉=1； DQ=1;//給脈沖信號 if(DQ） dat|=0x80； delay_18B20（10）； } return（dat);}voidds1820wr（ucharwdata)/*寫數(shù)據(jù)*/{unsignedchari=0;for(i=8;i〉0；i--）｛DQ=0；DQ=wdata&0x01;delay_18B20（10）；DQ=1；wdata〉〉=1;}}read_temp（)/＊讀取溫度值并轉(zhuǎn)換＊/{uchara,b；ds1820rst（）；ds1820wr（0xcc);//*跳過讀序列號＊/ds1820wr（0x44)；//*啟動溫度轉(zhuǎn)換*/ds1820rst(）；ds1820wr（0xcc）;//＊跳過讀序列號*/ds1820wr(0xbe）;//＊讀取溫度*/a=ds1820rd(）；b=ds1820rd（）；tvalue=b;tvalue〈<=8；tvalue=tvalue|a;if（tvalue<0x0fff)tflag=0；else{tvalue=～tvalue+1; tflag=1；}tvalue=tvalue＊(0。625）;//溫度值擴(kuò)大10倍,精確到1位小數(shù) return(tvalue）;｝/***＊＊＊＊＊＊＊*＊＊*＊＊**＊＊＊*＊＊*＊＊*＊**＊＊**＊＊*＊******＊**＊***＊＊*＊**＊**＊＊＊*＊＊/voidds1820disp()//溫度值顯示 ｛ucharflagdat； disdata［0]=tvalue/1000+0x30；//百位數(shù)disdata[1]=tvalue％1000/100+0x30;//十位數(shù)disdata［2］=tvalue％100/10+0x30;//個位數(shù)disdata[3]=tvalue%10+0x30；//小數(shù)位if（tflag==0) flagdat=0x20;//正溫度不顯示符號elseflagdat=0x2d;//負(fù)溫度顯示負(fù)號:—if(disdata[0]==0x30） {disdata[0]=0x20;//如果百位為0，不顯示 if（disdata［1］==0x30） ｛disdata［1]=0x20;//如果百位為0，十位為0也不顯示 } } wr_com(0xc0); wr_dat(flagdat）；//顯示符號位 wr_com（0xc1); wr_dat(disdata[0］）；//顯示百位 wr_com(0xc2）； wr_dat(disdata［1]);//顯示十位