多路温度检测系统

1、 编号: 毕业论文毕业论文(设计设计)题 目 多路温度检测系统的设计指导教师 学生姓名 学 号 专 业 机械设计制造及其自动化教学单位 德州学院机电工程系 （盖章） 二 O 一一年五月一日德州学院毕业论文（设计）课题说明书 2010 年 12 月 20 日题 目多路温度检测系统的设计指 导 教 师邓广福职 称讲师主要研究方向机电工程选题的主要目的和意义：现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等，而这些场合需要进行多点全方位的温度检测，并且要求检测系统要快速、准确、可靠、经济、简单，这样就可以防止易燃场所的火灾发生、控制各个锅炉的温度，多路温度检测系

2、统的研究不仅使我们能够较安全的生活、工作、娱乐，并且具有广阔的市场前景。国内外研究现状和发展趋势：现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）任务书2011 年 12 月 20 日院 系机电工程系专 业机械设计制造及其

3、自动化姓 名俞国印学 号200711705133论文题目：多路温度检测系统的设计论文内容与要求：该论文主要是研究多路温度检测系统的设计，对同一场所进行全方位的温度检测，也就是说多点温度采样，实时的把特定地点的温度情况发送给我们，这样就可以根据系统所发送的温度情况采取相应的措施，因此要求所设计的系统必须要快速、准确、可靠、经济、简单。将这几方面要求统一于一整体系统，使多路温度检测的系统可行并有很大的市场潜力，这样就会有很好的发展前景。根据系统的要求核心芯片选择 STC89C52 单片，温度检测芯片选择美国 DALLAS 半导体公司的 DS18B20，DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公

4、司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，其能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，并且它是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传器网络、为测量系统的构建引入全新概念。论文开始日期2011 年 1 月 20 日论文完成日期2011 年 5 月 1 日指 导 教 师教研室主任德州学院毕业论文（设计）开题报告书2011 年 01 月 20 日 院（系）机电工程系专 业机械设计制造及其自动化姓 名学 号200711705133论文（设计）题目多路温度检测系统的设

5、计一、选题目的和意义现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等，而这些场合需要我们进行多点全方位的温度检测，并且要求检测系统要快速、准确、可靠、经济、简单，这样就可以防止易燃场所的火灾发生、控制各个锅炉的温度，多路温度检测系统的研究不仅使我们能够较安全的生活、工作、娱乐，并且具有广阔的市场前景。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超

6、市、粮库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。三、课题设计方案 研究设计的基本内容和观点：该设计主要是多路温度检测系统的设计，系统对同一场所进行全方位的温度检测，也就是说多点温度采样，实时的把特定地点的温度情况发送给我们，这样我们就可以根据系统所发送的温度情况采取相应的措施，因此要求所设计的系统必须要快速、准确、可靠、经济、简单。根据系统的要求我们的核心芯片选择 STC89C52 单片，温度检测芯片选择美国DALLAS 半导体公司的 DS18B20，DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS182

7、0 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，其能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，并且它是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传器网络、为测量系统的构建引入全新概念。用 keil 软件编写 C51 程序，C51 语言与 C 语言有很大相似的地方，比汇编语言易于理解和编写且易于移植减少开发周期。四、计划进度安排 毕业论文（设计）的进度计划： 2011.1.03 - 2011.1.15 收集资料和文献，在教师指导下选题和构思论文。2011.1.16 - 2011.2.20

8、进一步收集、分析资料，清理思路，完成开题报告。2011.2.21 - 2011.3.17 整理资料，确定论文内容，完成论文初稿。2011.3.18 - 2011.4.06 根据导师提出的意见，对论文做进一步的修改和完善。2011.4.07 - 2011.4.25 完成中期检查表，根据导师提出的定稿意见，做最后完善。2011.4.26 - 2011.5.20 提交论文定稿的电子版给导师，参加论文答辩。2011.5.21 论文答辩。五、主要参考文献参考文献：1万君福等.单片机原理系统设计与开发应用M.中国科学技术出版社,1995.15.2何立民.单片机高级教程-应用与设计M.北京:北京航空航天大学

9、出版社,2000.5659.3 Hnrain. 单线数字温度传感器 DS18B20 原理及其应用EB/OL，2008.4胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京.清华大学出版社,2000.8490.5求是科学.8051 系列单片机 C 程序设计完全手册 M .人民邮电出版社，2006.518523. 指导教师意见及建议： 签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 2011 年 4 月 07 日毕业论文题目： 多路温度系统的设计学生姓名学 号200711705133指导教师职 称讲师计

10、划完成时间：2011 年 5 月 20 日 毕业论文（设计）的进度计划：2011.1.03 - 2011.1.15 收集资料和文献，在教师指导下选题和构思论文。2011.1.16 - 2011.2.20 进一步收集、分析资料，清理思路，完成开题报告。2011.2.21 - 2011.3.17 整理资料，确定论文内容，完成论文初稿。2011.3.18 - 2011.4.06 根据导师提出的意见，对论文做进一步的修改和完善。2011.4.07 - 2011.4.25 完成中期检查表，根据导师提出的定稿意见，做最后完善。2011.4.26 - 2011.5.20 提交论文定稿的电子版给导师，参加论文

11、答辩。2011.5.21 论文答辩。完成情况：到目前为止下文内容的详细资料已基本整理完成，现在正进一步的收集更多相关的资料，并加以分析与整理，按设计要求理清设计思路，依据评阅后的开题报告和设计任务书上老师给出的指导意见，在老师的指导帮助下开始撰写论文初稿。指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： 年 月 日备 注：目目 录录摘要及关键词 .11 引言 .11.1 研究背景.11.2 发展现状与趋势.22 硬件电路设计 .22.1 总体设计.22.2 电源电路设计.32.3 复位电路设计.42.4 时钟电路设计.42.5 串口通信设计.52.6 移位寄存器电路设计.62.

12、7 数码管显示电路设计.72.8 温度传感器电路设计.93 软件设计 .144 结果及结论 .225 总结 .25参考文献 .26谢 辞 .28附录一 系统总的电路原理图 .29附录二 获得 ROM ID 程序.30附录三 系统总程序 .33德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）1多路温度检测系统的设计多路温度检测系统的设计（德州学院机电系，山东德州 253023）摘 要：现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如粮库、锅炉等，本设计主要是研究多路温度检测系统的建立及应用。多路温度检测系统有快速、准确、可靠、经济、简单的要求，因此选择STC89C52 为

13、核心控制芯片；传感器选用 DS18B20 芯片，该芯片包含一个特定的序列号，多芯片可以通过一根总线相连；显示部分采用数码管，考虑到单片机的引脚有限，用移位寄存器 74HC595 驱动数码管；电源部分用到 LM7805 稳压芯片，使系统的电压更加稳定；用串口向单片机下载程序，电平转换芯片用 MAX232。最后由实验所测温度范围为-55C125C 在-10C+85C 范围内,精度为0.5C，满足设计要求。关键词：多路温度检测；STC89C52 单片机；DS18B20 温度传感器1 引言1.1 研究背景目前一些需要严格控制环境温度的重要场所越来越多比如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉、还

14、有计算机房等。在这些场合一般都需要设置温度监控系统，以期起到保护特定资产或者确保系统平稳运行的效果。此外在隧道、铁路、地铁、机场、船舱等交通运输领域和油罐、煤仓、货仓、军工厂，弹药库等危险品区域，温度监控通常是最基本的环境监测元素。现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。单片机是一种集成

15、在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以单片机来实现。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机1。DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9

16、12 位的数字值读数方式。使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进，德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）2给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20 支持一线总线接口，一根线可以控制多个 DS18B20，节约单片机有限的引脚2。1.2 发展现状与趋势一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环

17、境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式。使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。温度传感器的发展会越来越集成化数字化3。2 硬件电路设计2.1 总体设计要建一个稳定的系统首先要设计一个可靠的硬件系统

18、，在构建硬件系统时，我们根据系统要求来选择合适的单片机芯片、温度传感器等。为了便于设计先设计一硬件布局方框图，在这里先设计含有两个温度传感器系统，电路原理图见附录一，硬件框图如图1 所示。含有三个温度传感器或更多的传感器设计与上图类似。串口MAX232STC89C52电源DS18B20-BBDS18B20-A7HC5957HC595数码管 B数码管 A图 1 硬件框图STC89C52 是我们的核心控制芯片，负责温度数据的采集及驱动控制周围的硬件部件；德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）3图 1 中的 DS18B20 是两个温度传感器，它们组成了一个两

19、器件的单线总线，这两个传感器有不同的 ROM ID，可以使 STC89C52 单片机互不干扰的控制各个传感器；74HC595是 8 位移位寄存器，实际上也就是串行数据转并行数据，可以节约单片机的有限引脚资源；显示部分用数码管，因为数码管易于控制并且经济实用；STC 系列的单片机支持串口下载程序，因此在此系统采用串口下载程序，MAX232 是电平转换芯片；设计了一个电源部分，因为系统要用一个稳定的电压，该部分用到了 LM7805 稳压芯片，使系统有可靠的电压，增加系统的可靠性。2.2 电源电路设计电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78系列和负电压输出的79系列。故名思义，三端 I

20、C 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端电路图。用 78/79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V，7909 表示输出电压为负 9V，我们选择 7805 电路原理图如图 2 所示。IN1GND2OUT378XX7805+ C1470uF+ C4470uFC20.1uFC30.1uFR31k整流桥220V交流LED1VCCGND+5V图 2

21、 电源电路原理图电源部分一路通过三端稳压芯片 LM7805 稳压成 5 伏直流电源提供给单片机系统使用，右边两个电容是 5 伏电源的滤波电容，电阻和绿色的 LED 组成 5 伏电源的工作指示电路，只要电源部分正常，绿色的 LED1 就会点亮，我们可以根据这个 LED 来判断整个电源部分是否工作正常。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）42.3 复位电路设计复位是单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期（即 24 个时钟振荡周期）的高电平就可以使单片机复位。复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。上电复位是通过外

22、部复位电路的电容充电来实现的。电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为 RST。这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST 端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。手动复位：首先经过上电复位，当按下按键时，RST 直接与 VCC 相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，VCC 对电容充电，充电电流在电阻上，RST 依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST 为低电平，正常工作，电路原理图如图 3 所示。R21KR110KC510UFS2SW-PBVCCRST图

23、3 复位电路硬件电路图2.4 时钟电路设计石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等） ，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的，图

24、4 是晶振的电路原理图。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）5X111.0592MC130PC230PXTAL1XTAL2图 4 时钟电路图2.5 串口通信设计 串行接口 Serial Interface 是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息

25、的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种4。STC 系列单片机支持在线编程，使用串口是可以烧写芯片的，但是和 PC 计算机的串口连接时需要硬件电路和软件的配合。硬件电路需要电平转化，可以用 MAX232 芯片，电路图如图 5 所示。162738495C?DB9C3104C4104C5104C6104C7104VCCP3.0P3.1C1+1V+2C1-3C2+4C2-5V-62OUT72IN82OUT92IN101IN111OUT121IN131OUT14GND15VCC16MAX232图 5 串口电路德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设

26、计）62.6 移位寄存器电路设计图 6 74595 外形图移位寄存器用的是 74HC595，其数据端：Q0Q7: 八位并行输出端，可以直接控制数码管的 8 个段。Q7: 级联输出端。我将它接下一个 595 的 DS 端。DS: 串行数据输入端。外形如上图 6。74595 的控制端说明： (10 脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。通常我将它接 Vcc。MRSH_CP(11 脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。Q0-Q1-Q2-.-Q7；下降沿移位寄存器数据不变（脉冲宽度：5V 时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级） 。ST_CP(12 脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，

27、下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将 ST_CP 置为低点平，当移位结束后，在 ST_CP 端产生一个正脉冲（5V 时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级） ，更新显示数据。 (13 脚): 高电平时禁止输出（高阻态） 。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚OE控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。74595 的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感5。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）7图 7 时序图根据时序图 7 可以编写程序控制芯片

28、。2.7 数码管显示电路设计单片机系统中常用的显示器有：发光二极管 LED(Light Emitting Diode)显示器、液晶 LCD(Liquid Crystal Display)显示器、CRT 显示器等。LED、LCD 显示器有两种显示结构：段显示（7 段、米字型等）和点阵显示（58、88 点阵等） ，在此用应用 LED 显示器。 共阴极 共阳极图 8 数码管电路abcdegGNDfdpGNDabcefgddpabcdefgdpdpgfedcba5V（a）（b）德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）8使用 LED 显示器时，要注意区分这两种不同

29、的接法如图 8。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计 8 段（共阳极不带小数点编码见表 2，共阳极带小数点编码见表 3）。因此为 LED 显示器提供的编码正好是一个字节。表 1 共阳极不带小数点编码编码0 xc00Xf90 xa40 xb00 x990 x920 x820 xf80 x800 x900 x880 x830 xc60 xa10 x860 x8e0 x000123456789ABCDEF无显示表 2 共阳极带小数点编码共阳极数码管编码表0 x400 x790 x240 x300 x190 x120 x020 x020 x780 x000 x1

30、00 x080 x030 x460 x210 x060 x0e0.1.2.3.4.5.6.7.8.9.A.B.C.D.E.F.无显示LED 显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个 8 位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用 CPU 时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位

31、数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的6。 电路的开关控制选用的是三极管，三极管有 NPN 型和 PNP 型两种型号，系统选的是共阳极的数码管，51 单片机的引脚复位时都处于 1 即高电位，因此应选 PNP 型的三极管有利于实现控制，在默认状态下数码管是不会亮的，在这里我们选择的三极管的型号为S8550。德州学院

32、机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）92.8 温度传感器电路设计（1） 内部原理结构 电源检测 64 位ROM和单线接口 高速 缓存 存储器存储器和控制器 8 位 CRC 生成器温度灵敏元件低温触发器高温触发器配置寄存器图 9 内部结构DSl8B20 通过门开通期间内低温度系数振荡器经历的时钟周期个数计数来测量温度，而门开通期由高温度系数振荡器决定。计数器予置对应于-55的基数，如果在门开通期结束前计数器达到零，那么温度寄存器也被予置到-55的数值增量，指示温度高于-55。同时，计数器用斜率累加器电路所决定的值进行予置。为了对遵循抛物线规律的振荡器温度特性进行

33、补偿，这种电路是必需的。时钟再次使计数器计值至它达到零，如果门开通时间仍未结束，那么此过程再次重复7。DS18B20 有 4 个主要的数据部件（图 9）：DS18B20 的 ROM光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1） 。光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的，因此

34、多个 DSl8B20 可以存在于同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括 HVAC 环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及 过程监视和控制中的温度检测8。 DS18B20 的 RAMDS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）10展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB 形式表达，其中 S 为符号位如表 3。表 3 DS18B20 温度值格式表这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 DS18B20 的两

35、个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输出为 0191H，-25.0625的数字输出为 FF6FH，-55的数字输出为 FC90H，部分温度数据如表 4。表 4 DS18B20 温度数据表温度二进制十六进制+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25

36、.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90h DS18B20 温度传感器的存储器DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPRA

37、M,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL 和结构寄存器。高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 5 所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温度计算：当符号Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0低位232221202-12-22-32-4Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8高位SSSSS262524德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）11位 S

38、=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。第九个字节是冗余检验字节。表 5 寄存器地址及内容寄存器内容字节地址温度值低位0温度值高位1高温度限值 TH2低温度限值 TL3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC 检验8 配置寄存器该字节各位的意义如表 6。表 6 配置寄存器结构置寄存器结构TMR1R011111低五位一直都是 1，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。R1 和 R0 用来设置分辨率，如表 7 所示（DS18B20 出厂时被设置为 12 位） 。

39、表 7 分辨率设置R1R0分辨率温度最大转换时间009 位93.75ms0110 位187.5ms1011 位375ms1112 位750ms根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令（表 8） ，最后发送RAM 指令（表 9） ，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。复位要求主 CPU 将数据线下拉德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）12500 微秒，然后释放，DS18B20 收到信号后等待 1660 微秒左右，后发

40、出 60240 微秒的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。表 8 ROM 指令表指令约定代码功能读 ROM33H读 DS1820ROM 中的编码（即 64 位地址）符合 ROM55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820 使之作出响应，为下一步 DS1820 的读写作准备。搜索 ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址。为操作各器件作好准备。跳过 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过

41、设定值上限或下限的片子才做出响应。表 9 RAM 指令表指令约定代码功能温度变换44H启动DS1820进行温度转换，转换时最长为500ms（典型为200ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器0BEH内部 RAM 中 9 字节的内容写暂存器4EH发出向内部 RAM 的 3、4 字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器48H将 RAM 中第 3、4 字节的内容复制到 EEPROM 中。重调 EEPROM0B8H将 EEPROM 中内容恢复到 RAM 中的第 3、4 字节。读供电方式0B4H读 DS1820 的供电模式。寄生供电时 DS1820 发送“0” ，

42、外接电源供电 DS1820 发送“1” 。DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms9。（2） 驱动电路图多个 DS18B20 可以建立一测温系统，为了系统可靠测温准确，我们提供一条电源线，单独给传感器提供电源，一条数据线用于控制传感器，还有一条地线。有两种方法确保 DSl8B20 在其有效变换期内得到足够的电源电流。第一种方法是发生温度变换时，在 I0 线上提供一 强的上拉。通过使用一个 MOSFET 把 I0 线直接拉到电源可达到这一点。当使用寄生电源方式时 VDD引脚 必须连接到地

43、。 向 DSl8B20 供电的另外一种方法是通过使用连接到 VDD引脚的外部电源，这种方法德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）13的优点是在 I0 线上不要求强的上拉如图 10。总线上主机不需向上连接便在温度变换期间使线保持高电平。这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。此外，在单线总线上可以放置任何数目的 DSl8B20，而且如果它们都使用外部电源，那么通过发出跳过（Skip）ROM 命令和接着发出变换（Convert）T 命令，可以同时完成温度变换。注意只要外部电源处于工作状态，GND（地）引脚不可悬空。在总线上主机不知道总线上 DSl8B20

44、 是寄生电源供电还是外部 VDD供电的情况下，在 DSl8B20 内采取了措施来通知采用 的供电方案。总线上主机通过发出跳过（Skip）ROM 的操作约定，然后发出读电源命令，可以决定是否有需要强上拉的 DSl8B20 在总线上。在此命令发出后，主机接着发出读时间片。如果是寄生供电，DSl8B20 将在单线总线上送回“0” ；如果 由 VDD 脚供电，它将送回“1” 。如果主机接收到一个“0” ，它知道它必须在温度变换期间在 I0 线上供一个强的上拉10。 VCCVCCQ264.7KQ274.7KP3.5GND1I/O2VCC3DS18B20GND1I/O2VCC3DS18B20图 10 DS

45、18B20 串联电路（3） 获得 ROM ID独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯，因为每个 DS18B20 都有一个独特的片序列号，所以多只 DS18B20 可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方11。在设计之前我们应该按照通讯协议获得每个传感器的 ID 号，程序请参考附录二。通过此程序我们可以获得任何 DS18B20 的 ID 号，我们的系统先连接两个温度传感器A 和 B，实验得到两个传感器 A 和 B 的 ID 号如下：uchar code tablematchrom_a= 40,58,218,9, 3,0,0,168;uchar code tablema

46、tchrom_b= 40,148,221,9,3,0,0,182;德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）14这里我们只用了两个传感器，如果有更多的传感器我们也可以一一获得 ROM ID 号，然后连成网。（4） 温度传感器电路图及 DS18B20 使用中注意事项DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS18B20 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测

47、温结果。在使用 PL/M、C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS18B20 操作部分最好采用汇编语言实现。 在 DS18B20 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂 DS18B20 超过 8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 连接 DS18B20 的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双

48、绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用 DS18B20 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 在 DS18B20 测温程序设计中，向 DS18B20 发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20 的返回信号，一旦某个 DS18B20 接触不好或断线，当程序读该 DS18B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行 DS18B20 硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接 VCC 和地线，屏蔽层在源端单点接地11。3

49、软件设计稳定可靠的系统还要有稳定准确的程序作为支撑，程序的设计也是相当重要的，现在设计系统总的程序框图如图 11 所示。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）15 开始位声明发送温度转换指令初始化DS18B20发送ROM匹配指令发送传感器A 的ID发送读温度指令处理读到的数据初始化DS18B20发送跳过ROM指令启动数码管A显示温度初始化DS18B20发送ROM匹配指令发送传感器B 的ID发送读温度指令处理读到的数据启动数码管B显示温度图 11 程序流程图德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）16该图是含有两个

50、传感器系统的程序框图，是实验性的温度检测系统，含有更多温度传感器及其它硬件系统的设计与此类似，如果考虑到系统的稳定性可以加上看门狗部分的设计。现在设计的是实验性的系统即有两个温度传感器组成的简单测试性的多路温度检测系统，其它的部件如看门狗没有设计，分析图 11 的编程算法：总系统的运行过程是一个死循环，在位声明初始化完成后就开始对 STC89C52 单片机的外围器件逐个控制。首先跳过 ROM 驱动所有的传感器转换温度，等待单片机逐个将传感器中的温度数据读出，在读温度数据之前要匹配 ROM ID 确定要读的传感器，之后将读出的温度数据处理并驱动对应的数码动态管显示，依次将各个传感器转换后的温度数

51、据读出接着驱动数码管动态显示，读出及显示一次所有温度传感器的温度为一次完整的操作，再回到让 STC89C52 初试化 DS18B20 的操作进行下一次的温度转换、读取及显示，并无限循环。在此系统的循环过程中要注意数码管的动态显示，其中的延时子函数需要恰当的时间，如果延时过长，相应的数据 LED 会有闪烁的现象，如果延时过短，LED 灯的亮度减弱；数码管的动态显示的延时还与程序的大小、驱动硬件的多少有关，如果驱动的硬件过多，动态显示的延时函数对应的数据要相应的调整即减少延时时间，增加数码管的刷新频率，硬件过少时数码管的刷新频率也会增加，延时函数的数据调整，增加延时时间，减少数码管的刷新频率，使数

52、码管显示性能达到最好状态。总程序流程图已经确定，驱动硬件的先后顺序也确定，有个别的硬件驱动程序对延时时间要求比较高，尤其是 DS18B20 温度传感器有严格时序要求。DS18B20 有三部分主要时序：初始化时序；读时序；写时序。（1）其中初始化相对简单现在确定一下 DS18B20 传感器的程序框图，多个 DS18B20温度传感器组成单线总线，当有 DS18B20 温度传感器得到主机相应发出存在信号时，温度传感器是线与的关系即总线拉低，主机会检测到低脉冲。图 12 是程序框图的设计。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）17开始定义变量a=0主机发低位复

53、位脉冲保持至少480微秒主机释放总线等待从机回应从机数据引脚拉高a=a+1a=2是否否是复位成功结束复位失败a返回主函数结束图 12 初始化程序框图德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）18主机对 DS18B20 温度传感器初始化，先是将总线拉低至少 480 微妙，然后等待所有的从机相应，DS18B20 温度传感器会发出地存在脉冲；如不发出，有一个相应延时处理，重新对 DS18B20 初始化，根据初始化的次数判定是否继续进行。具体的程序编写及说明如下：uchar ds18b20init()uchar i=0，x; /初始化变量dq=1; /给总线一个脉

54、冲dq=0;delay(85); /延时大于 480 微妙dq=1; /释放总线delay(50); x=dq; /主机采样 delay(10);return(x); /返回采样结果主函数根据子函数的返回值判定初始化是否成功，如成功进行对 DS18B20 的下步操作，如不成功，就再次的初始化，对于初始化的成功与否检测可以省略，因为在使用前必先获得每一只传感器的 ROM ID，每一只传感器都可以确定是否能正常工作，省略初始化成功检查可以减少单片机的执行时间。（2）读时序尤其要注意，单片机要读入一个数时先把引脚写 1 即拉高采样引脚，并且采样引脚必须在 15 微妙内完成对特定的 DS18B20 温

55、度传感器的数据采样，超过这段时间才到的数据会出现错误，每一次的读时间段也有要求，至少 60 微妙，这里设计读传感器的程序框图如图 13 所示。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）19开始主机产生低脉冲主机释放总线即数据引脚拉高定义变量a=0，I=0主机采样返回变量ai8采样为1a=a|0 x80主机数据引脚拉高变量a左移i=i+1否是是否结束图 13 读数据程序框图德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）20具体程序如下：/*从 DS18B20 读出一个字节*/uchar ds18b20_read()uchar

56、 i=0,shu=0;dq=1; /准备发送低脉冲for(i;i1; /对数据移位if(dq) shu=shu|0 x80; /处理得到的数据dq=1; /释放总线delay(7);return (shu); /返回读到的 8 位数即一个字节DS18B20 温度传感器是个典型的单线总线数据传输器件，对时间有严格的要求与限制，如上面程序的延时子函数是经过严格调试的，时间是相对比较准确的，这样才有利于驱动控制传感器。（3）初试化和读传感器的程序框图已经设计完，现在设计向传感器写数据的程序框图如下图 14 所示。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）21开始

57、定义数据变量b=0，i=0主机发低位脉冲主机数据引脚=要写字节&0 x01要写入的字节左移位i8i=i+1是否释放总线结束图 14 写数据程序框图具体的编写程序及说明：/*向 DS18B20 写入一个字节*/void ds18b20_write(uchar dat) uchar i;for(i=0;i1; /移位处理待写数据delay(3);dq=1; /释放总线 准备下次发送低脉冲dq=1;然后可以组织编写总程序，这里用的是 keil 软件进行编写程序，用的是 C51 语言，C 语言可移植性可读性好，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点，C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和

58、地址进行操作 ，总的程序见附录三。4 结果及结论完成了系统的设计，现在要对系统进行测试，验证是否能满足设计要求，分别把系统在不同场合下进行观察测试。下面看一下是由两个传感器组成的实验实物系统图如图15 和图 16。图 15 两个传感器组成的单线总线德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）23图 16 含有两个传感器的系统图进行实验一：将测温系统和水银温度计放在同一房间内并记录所测温度如表 10。表 10 不同时刻的温度（2011/5/18）时刻06:0009:0012:0015:0018:0021:0024:0003:00水银温度计（）26.628.43

59、1.032.732.231.130.726.2多路温度检测系统（）26.728.531.332.932.131.230.826.6实验二：将测温系统和水银温度计同时放在同一正在加热的壶中（电壶 1500W）并记录所测温度如表 11（说明：刚开始水银温度计反应相对慢，所以测得温度偏低） 。德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）24表 11 加热环境中检测放入的时间（min）02468101214水银温度计（）20.145.363.379.785.892.998.1101.3多路温度检测系统（）20.248.565.381.986.193.298.8101

60、.6实验三：将测温系统放在点燃的蜡烛附近进行观察（不能离得太近，斜上方大约有3 厘米的距离） ，观察所测温度变化，在约两秒钟的时间温度达到了 60，如果距离更近的话时间会更短而温度更高。实验四：在系统工作时分别用手触摸两个传感器进行观察（0-10 秒触摸 A 传感器，传感器处于空气中；10-20 秒触摸 B 传感器，传感器 A 处于空气中） ，发现显示器也随之分别变化，实验数据如表 12 所示。表 12 干扰性的测试（2011 年 5 月 18 日 11 点 20 分）时间（秒）传感器 A 温度（） 传感器 B 温度（）030.130.2230.630.2431.130.2631.530.2832.