基于DS18B20數(shù)字溫度傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)

目前，在工業(yè)控制的很多領(lǐng)域，溫度監(jiān)控普遍是利用熱敏電阻組成的測溫電路，經(jīng)過A／D與D／A轉(zhuǎn)換后實現(xiàn)測溫，但是由于熱敏電阻的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致測溫易受外界干擾、且精度不高。

DS18B20數(shù)字溫度傳感器是Dallas公司生產(chǎn)的1-Wire，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(tǒng)，具有線路簡單，在1根通信線可以掛很多這樣的數(shù)字溫度傳感器，十分方便。

lDS18B20性能特點

1.1DS18B20特性及引腳分布

DS18B20測溫范圍在-55～+125℃；轉(zhuǎn)換精度9～12位進制數(shù)，可編程確定轉(zhuǎn)換的位數(shù)；測溫分辨率為9位精度為0.5℃，12位精度為0.0625℃；轉(zhuǎn)換時間：9位精度為93.75ms、10位精度為187.5ms、12位精度為750ms；內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。DS18B20采用TO-92封裝模式，其引腳功能描述見表1。

1.2DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等。

2單總線技術(shù)特性

單總線即只有1根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其他設(shè)備使用總線。所有的單總線器件都要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性，基本的通信過程如下：主機通過拉低單總線至少。480μs產(chǎn)生Tx復(fù)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(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙兀粏慰偩€器件檢測到該上升沿后，延時15～60μs；單總線器件通過拉低總線60～240μs產(chǎn)生應(yīng)答脈沖；主機接收到從機的應(yīng)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(shù)字溫度傳感器

基于DS18B20高精度數(shù)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(shù)據(jù)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(fā)光二極管指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，DS18B20溫度傳感器內(nèi)置溫度上下限；

(4)編寫C51程序，完成單片機對溫度數(shù)據(jù)的采集過程以及與DS18B20數(shù)據(jù)傳輸過程的控制。

4系統(tǒng)設(shè)計

4.1系統(tǒng)分析

基于單片機系統(tǒng)的高精度數(shù)字溫度計基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

高精度數(shù)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(xiàn)溫度計不同功能的轉(zhuǎn)換，以及控制指令以一定方式傳送到單片機。

LED數(shù)碼顯示單片機將數(shù)字溫度量發(fā)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(shù)據(jù)采集單片機通過對DS18B20的讀寫操作，完成對數(shù)據(jù)的存儲和讀取，從而實現(xiàn)單片機的存儲單元數(shù)據(jù)處理。

4.2硬件電路

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，選擇Intel公司的80C52單片機，他包括數(shù)字溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、晶振復(fù)位和溫度顯示電路。

4.3軟件設(shè)計

基于DS18B20數(shù)字溫度傳感器的軟件設(shè)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(shè)計，程序設(shè)計包括系統(tǒng)初始化、復(fù)位程序、讀取溫度程序、溫度轉(zhuǎn)換程序、數(shù)碼管顯示程序和延時程序，其總體流程圖如圖3所示。

5結(jié)語

基于DS18B20單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器以其線路簡單、硬件開銷少、成本低廉、軟件設(shè)計簡單優(yōu)勢有著無可比擬的應(yīng)用前景，能較好地解決傳統(tǒng)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(yīng)用于工業(yè)控制