基于DS18B20的多路溫度檢測系統設計

任志華，李永紅

（中北大學，山西太原 030051）

0 引言

隨著社會的進步和工業技術的發展，人們越來越重視溫度這一因素，許多產品對溫度要求嚴格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量，同時還有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的特點，不利于工業控制者根據溫度變化及時做出決定[1-2]。在這樣的形式下，開發一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精確度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測量系統就很有必要。

本文采用單總線數字溫度傳感器DS18B20和單片機AT89C51構成的溫度測量裝置,它可直接輸出溫度的數字信號[3]。測溫系統結構簡單，體積也不大,而且AT89C51可以帶多個DSB1820，可以非常容易實現多路測溫，輕松的組建傳感器網絡。

1 系統硬件整體結構設計

本系統由單片機AT89C51、顯示電路、串口通訊電路、報警電路、數據存儲和上位機組成。單片機AT89C51的I/O線作為總線可以掛接多個溫度傳感器DS18B20，I/O總線處于高電平時，可以為數字溫度傳感器提供電源。單片機AT89C51通過巡回檢測，獲取各點溫度，貯存在數據存儲卡上，通過MAX232串行通信接口接上位機，同時可以送顯示器進行顯示，并且溫度超限時可以報警。系統硬件整體結構設計框圖如圖1所示。

圖1 硬件整體結構框圖

2 系統主控模塊設計

2.1 溫度測量電路設計

本文為多路溫度測試，因此DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數據總線上掛256個DS18B20，但實踐應用中發現，如果掛接25個以上的DS18B20仍舊有可能產生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過80 m，否則也會影響到數據的傳輸。在這種情況下我們采用分組的方式，用單片機的多個I/O來驅動多路DS18B20。在實際應用中還可以使用一個MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。

2.2 溫度顯示電路設計

在本文中選擇液晶顯示模塊LCD1602，它是一種可編程器件，可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5 V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比，可以定時循環檢測和通過LCD1602顯示多路的溫度，因此選擇LCD1602。

2.3 串口通訊電路設計

AT89C51有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，我們采用了專用芯片MAX232進行轉換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。其電路如圖2所示。

2.4 報警電路設計

在實際的工作中，工作的溫度可能會超出設定值的范圍，在本文中，如果外界溫度低于9℃或高于85℃，系統將產生報警聲音，并且對應的LED同步閃爍，LED-YELLOW為低溫閃爍，LED-RED為高溫閃爍。

3 整體電路圖

整體電路圖如圖2所示。

圖2 整體電路圖

4 軟件設計

整個系統的功能是由硬件電路配合軟件來實現的，軟件設計部分采用模塊化設計和C語言編程，主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

圖4 溫度采集流程圖

通過對多個DS18B20進行操作就能實現對溫度的采集，程序中對DS18B20的操作主要有幾個步驟：初始化；搜索DS18B20；匹配DS18B20；發送溫度轉換指令；讀取溫度值[5]。其溫度采集流程圖如圖4所示。

5 仿真實驗結果

通過對各個部分電路的設計，本文基本上實現了對4路溫度的測量和控制。以AT89C51作為控制主機，以單總線數字溫度傳感器DS18B20作為現場測溫元件，當外界溫度低于-20℃或高于70 ℃時，具有報警功能。

6 結論

數字溫度傳感器DS18B20具有測量速度快、精度高、智能化等特點，以AT89C51作為控制主機組成的多路溫度采集系統可靠性高、維修方便、抗干擾性能好、具有CRC校驗功能，適用于各種溫度檢測和控制系統。因此，在大型倉庫、工廠、醫療與健診等系統需要多點溫度檢測中有著廣闊的應用前景。

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