基于ds18b20的温度检测系统设计

基于ds18b20的温度检测系统设计

0智能测温传感技术温度是与人们生活环境密切相关的量。这是在工农业生产和科学研究中必须控制的重要因素。因此，温度参数的监测在控制装置中起着非常重要的作用。用于测温的传感器种类繁多,但大多是模拟传感器,在以往组建温度采集系统时,由于经传感器输出的是模拟信号,系统必须接入A/D转换器,由此增加了构件系统的复杂性且成本较高。基于DS18B20的智能温度控制器,采用美国DALLAS公司推出的单总线直接数字温度传感器,因此使硬件设计大大简化,无需校准,即可提供工业级的测温范围和精度。通过单一总线接口,用户可轻松的组建分布式温度检测系统,实现多点测温。1ds18b20简介DS18B20数字温度传感器为单总线器件,将温度传感器与A/D转换器集成在一个芯片上,具有结构简单、体积小、功耗低、无须外接元件、用户可自行设定预警上下限温度等特点,其主要功能特性如下:1)测量温度范围为-55℃~125℃,在-10℃~85℃范围内,精度为0.5℃;2)单总线接口,采用一根I/O数据线即可完成温度转换的读写时间片的操作;3)可编程设定9~12位的A/D转换精度,对应的温度分辨率分别是0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,转换时间≤750ms;4)用户可定义的非易失性的温度报警设置;5)可用数据线供电,电压范围:3.0~5.5V。DS18B20内部结构如图1所示,主要由64位光刻ROM、高速缓存器、温度传感器、非易失性的温度报警触发器和配置寄存器等部分组成。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,从高到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位产品类型码(28H),每个DS18B20的序列号均不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20的内部存储器包括9个字节的高速缓存器SRAM和3个字节的非易失的EEPROM存储器。9个字节的片内RAM用于保存芯片检测到的温度数据以及临时保存报警温度限和温度分辨率值,其内存分配如图2所示。非易失性的温度报警触发器TH和TL用于设定上下限报警值,配置寄存器用于设置温度分辨率,其各位含义如图3所示,用户可根据需要对其编程,以获得合适的分辨率,配置寄存器与分辨率关系如表1所示。DS18B20在操作过程中,数据先写入高速暂存器RAM,经校验后再传送给EEPROM,通过DS18B20一系列功能命令对RAM进行操作。例如:当DS18B20接收到温度转换命令(44H)后,开始启动A/D转换,转换后所得到的温度值以16位带符号扩展的二进制补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。在执行读暂存RAM(BEH)命令后,CPU读取暂存存储器9个字节的内容。DS18B20采用单总线数据传输方式,对读写的操作时序要求严格。2温度自动报警和控制智能温度控制器是基于89C52单片机及DS18B20单总线器件设计的温度检测及温度控制系统,在单片机控制下完成对温度数据的采集、运算和处理,以实现温度的测量、控制及显示。通过按键可方便的设定温度上下限值,具有超限自动报警和控制功能,当温度超过上限或下限值时进行报警,并自动启动通风扇或加热源工作。该系统每间隔2小时发送0.1秒宽度的单脉冲,用以启动电机控制自动翻板操作。3硬件组成分析该系统硬件以带8K程序存储器的AT89C52为核心,主要外围硬件包括温度传感器、键控电路及显示器与接口电路三大部分(输出控制电路部分略),硬件基本组成如图4所示。3.1双向i/o口线DS18B20为单总线接口器件,与单片机接口简单,只占用单片机的一个双向I/O口线,采用单总线进行数据通信。DS18B20器件有寄生电源和外部电源两种供电方式,本课题采用外部供电方式,VCC引脚直接与外部+5V电源连接。DS18B20在空闲时,其DQ脚由上拉电阻置为高电平。3.2发器与设备的连接系统设有3个按键,按键通过74HC14施密特触发器与单片机连接。仅当K1键按下去启动INT1中断服务处后,单片机才开始接收按键命令,完成温度上、下限的设置及移位、查询上/下限值等功能。3.3状态/报警显示系统系统采用4位共阴LED数码管,以动态扫描方式显示检测温度值和上、下限设定值;由7个状态/报警指示灯组合,分别显示出系统当前的工作状态及超限报警显示。三片74HC273分别是数码管的段控码、位控码及状态码锁存器,由P2口线与写信号(WR)经74HC02相或进行选通。图中的蜂鸣器作为报警装置,当温度超过设定范围时,鸣叫报警。4ds18b20的编程系统软件采用C语言编程,用KeilC51进行编译,软件设计包括主程序和外中断1服务程序两部分。主程序完成系统初始化、温度采集、数据处理、温度显示及超限报警等功能,中断服务程序完成按键操作与处理。DS18B20采用单总线数据传输方式,实现温度采集的编程关键是严格执行单总线协议。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:(1)每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,即由单片机按照时序要求发送一复位脉冲,DS18B20送出存在脉冲。(2)复位成功后发送一条写ROM指令,(3)发送存储器操作指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。对DS18B20的读写操作包括5条读ROM命令和6条存储器操作命令,图5所示为温度采集程序流程图。在程序调试过程中,对DS18B20的读写时序须经反复仔细调整,以找到合适的延时时间。5测温系统应用分析基于DS18