基于ＤＳ１８Ｂ２０數字溫度傳感器的設計與實現
2008-04-12 00:00:00陳明陳明邱超凡
現代電子技術 2008年8期
摘 要：介紹單總線數字溫度傳感器DS18B20的基本原理，通過對DS18B20的特性、內部結構以及單總線技術特點的深入分析，以Intel公司的80C52單片機為平臺開發高精度數字溫度計，包括系統設計方案、硬件組成、軟件編程，通過與傳統測溫裝置相比較，基于DS18B20的數字溫度傳感器具有結構簡單、測溫精度高、穩定可靠的優點。
關鍵詞：DS18B20;溫度傳感器;單總線;數字溫度計
中圖分類號：E911，TP368.1文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)08-188-02
Design and Realization of Digital Temperature Sensor Based on DS18B20
CHEN Ming1，CHEN Ming2，QIU Chaofan3
(1.Team 43 Department 5，Artillery Academy，Hefei，230031，China;2.Team 45 Department 5，Artillery Academy，Hefei，230031，China;
3.Artillery Academy，Hefei，230031，China)
Abstract：This text introduces the principles of digital temperature sensor DS18B20，and deeply researches the structure，sensor properties and single bus technique，taking 80C52 of Intel Company as the platform developed high accuracy digitalthermometer，including system design scheme，hardware constitution，software programming，comparing with the traditional，temperature measuremat device DS18B20-based digital temperature sensor has the advantages of simple structure，high accuracy and dependable.
Keywords：DS18B20;temperature sensor;single bus;digital thermometer
目前，在工業控制的很多領域，溫度監控普遍是利用熱敏電阻組成的測溫電路，經過A/D與D/A轉換后實現測溫，但是由于熱敏電阻的不穩定性，導致測溫易受外界干擾、且精度不高。
DS18B20數字溫度傳感器是Dallas公司生產的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單、體積小的特點。因此用他組成一個測溫系統，具有線路簡單，在1根通信線可以掛很多這樣的數字溫度傳感器，十分方便。
1 DS18B20性能特點
1.1 DS18B20特性及引腳分布
DS18B20測溫范圍在－55～+125 ℃；轉換精度9～12位進制數，可編程確定轉換的位數；測溫分辨率為9位精度為0.5 ℃，12位精度為0.062 5 ℃；轉換時間：9位精度為93.75 ms、10位精度為187.5 ms、12位精度為750 ms；內部有溫度上、下限告警設置。DS18B20采用TO92封裝模式，其引腳功能描述見表1。
1.2 DS18B20的內部結構
DS18B20的內部結構如圖1所示，他主要包括溫度傳感器、64位激光ROM單線單口、存放中間數據的高速暫存器、用于存儲用戶設定的溫度上下限值、觸發器存儲與控制邏輯、8位循環冗余校驗碼發生器等。
2 單總線技術特性
單總線即只有1根數據線，系統的數據交換、控制都由這根線完成。主機或從機通過一個漏極開路或三態端口連至該數據線，以允許設備在不發送數據時能夠釋放總線，而讓其他設備使用總線。所有的單總線器件都要遵循嚴格的通信協議，以保證數據的完整性，基本的通信過程如下：主機通過拉低單總線至少480 μs產生Tx復位脈沖；然后由主機釋放總線，并進入Rx接收模式。主機釋放總線時，會產生一由低電平跳變為高電平的上升沿；單總線器件檢測到該上升沿后，延時15～60 μs；單總線器件通過拉低總線60～240 μs產生應答脈沖；
主機接收到從機的應答脈沖后，說明有單總線器件在線，然后主機就可以開始對從機進行ROM命令和功能命令操作。
3 基于DS18B20高精度數字溫度傳感器
基于DS18B20高精度數字溫度傳感器可以完成如下的功能：
（１） 采用采用AT89S52單片機和DS18B20溫度傳感器通信，控制溫度的采集過程和進行數據通信；
（２） 提供DS18B20的使用外圍電路、溫度顯示LED電路以及DS18B20和單片機的通信接口電路；
（３） 利用發光二極管指示系統的工作狀態，DS18B20溫度傳感器內置溫度上下限；
（４） 編寫C51程序，完成單片機對溫度數據的采集過程以及與DS18B20數據傳輸過程的控制。
4 系統設計
4.1 系統分析
基于單片機系統的高精度數字溫度計基本結構框圖如圖2所示。
高精度數字溫度計的主要功能模塊分3類：
輸入控制 在一定要求下，采取一定形式的控制方式實現溫度計不同功能的轉換，以及控制指令以一定方式傳送到單片機。
LED數碼顯示 單片機將數字溫度量發送到LED顯示模塊，并控制LED顯示模塊按照一定的格式顯示的功能。
數據采集 單片機通過對DS18B20的讀寫操作，完成對數據的存儲和讀取，從而實現單片機的存儲單元數據處理。
4.2 硬件電路
根據系統的控制要求，選擇Intel公司的80C52單片機，他包括數字溫度傳感器的數據采集、數據處理、晶振復位和溫度顯示電路。
4.3 軟件設計
基于DS18B20數字溫度傳感器的軟件設計采用Ｃ51編寫程序，主要完成DS18B20的測量溫度值計算及溫度值的顯示功能。其采用模塊化設計，程序設計包括系統初始化、復位程序、讀取溫度程序、溫度轉換程序、數碼管顯示程序和延時程序，其總體流程圖如圖3所示。
5 結 語
基于DS18B20單總線技術的數字溫度傳感器以其線路簡單、硬件開銷少、成本低廉、軟件設計簡單優勢有著無可比擬的應用前景，能較好地解決傳統測溫裝置普遍存在的攜帶不便、易損壞、易受干擾等不足，可廣泛的應用于工業控制中的各種溫度監控。
參 考 文 獻
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作者簡介 陳 明 男，1984年出生，湖南人，碩士研究生。主要研究方向為武器系統自動化、智能化技術與應用。
