单片机技术的数字温度检测系统设计
单片机技术的数字温度检测系统设计[20200128193049]
摘 要
本设计是基于单总线控制技术的多点温度检测系统。该系统选用了单总线智能数字温度传感器DS18B20为温度数据采集单元。本设计结合实际使用经验，简要的阐述了DS18B20数字温度传感器在单片机硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。
本系统芯片使用了AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器。该系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准RS232通信接口，芯片使用了ATMEL公司的AT89C51单片机和DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器。由AT89C51单片机为控制核心，实现温度的采集和传输。该系统具有集成度高、结构简单、控制能力强、价格低廉等特点，具有一定的现实应用价值。
摘 要 3
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关键字:温度检测系统数字温度传感器DS18B20单片机AT89C51
一 引 言 5
（一） 实例背景及功能 5
（二）设计简述 5
二 单总线数字温度计DS18B20介绍 5
（一）DS18B20的主要特性 5
（二） DS18B20引脚定义 6
（三） DS18B20的内部结构 7
三 方案选择 8
(一) 主控制的选择 8
（二） 芯片的选择 9
（三） 最终选择方案 9
四 系统硬件设计 10
（一）电源电路 10
（二）看门狗电路 11
（三） 显示电路 12
（四） 温度检测电路 13
（五） 串口通讯电路 15
（六 ）整体电路 16
五 系统软件设计 17
（一） 简要介绍 17
（二） 主程序设计 17
（三） 子程序流程图设计 17
（四） 各部分子程序 20
六 系统的最后调试 20
（一） 调试步骤 20
（二） 整个系统调试 20
结 束 语 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附 录 25
附录一 原理图 25
附录二 程序 26
一 引 言
（一） 实例背景及功能
在农业生产和日常生活中，对温度的测量极其重要，如：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测等。温度检测系统的应用十分广阔。
通常测温系统的主要器件是热敏电阻，由于它体积小、重复性好、测量方法简单，所以在测量系统中得到广泛应用。但采用热敏电阻的测温系统需要A/D转换，而且测量精不高。在这里利用单总线控制技术，采用Dallas公司生产的一种新型温度传感器DS18B20，设计了一套基于DS18B20的单总线温度采集控制系统。
该系统主要包括温度检测电路、温度显示电路、主控电路及按键设计电路。所实现的主要功能是利用DS18B20采集温度并在七段数码管上显示出来，同时将温度信号反馈到PC机上以便作进一步的分析操作。
（二）设计简述
设计思路，上下身体成两个分布式多点温度检测电路测量系统的主从分布式。该系统采用标准的RS-232串行通信，PC，通过PC微处理器的温度下位机采集控制。温度数据直接从下位机单独工作，实时显示当前温度值，每个点，每个控制点也可以发送到PC主机通过显示屏的数据处理。
下位机采用的是基于单芯片的数字温度传感器DS18B20系统。 DS18B20单总线特性可以很容易地实现多点温度测量，轻松组建传感器网络，抗干扰能力强，设计的灵活性，可在恶劣的环境中进行温度测量。该系统可用于在大型工业，民用正常的多点监视应用程序。如粮仓的系统，楼宇自动化系统，医疗方面的温度检测时，空调系统的温度检测。
二 单总线数字温度计DS18B20介绍
单总线独特而经济的接线和控制方法，使用户可以轻松的组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。DS18B20作为世界上第一个支持“单总线”接口的温度传感器DS1820的升级芯片，在继承原有芯片的优良特性和功能基础上得到更好的改进。
（一）DS18B20的主要特性
制作Dallas半导体公司的DS18B20温度传感器类型单一智能属于新一代智能自适应微处理器温度传感器可以被广泛应用于工业，民用，军用等领域的温度测量与控制仪器仪表，测量系统和大型设备的介质。它具有体积小，方便的接口，传输距离等特点。同时，DS18B20数字输出，可直接连接微控制器，无后级A / D转换，控制简单。作为一个单一的总线特性，易于扩展，在总线上挂接的DS18B20带，以形成多个的温度测量力网络。
在达拉斯的单总线数字温度传感器系列，有DS1820，DS18S20，DS1822，和其他机型，它们基本上是相同的工作原理及特点。 DS18B20是 DS1820的替代品，具有以下特点：
适应更宽的电压范围，电压范围为+3.0 - +5.5 V在寄生电源模式电源数据线;
独特的单线接口方式，DS18B20与微处理器的连接只需要一个口线可以实现与DS18B20的微处理器的双向沟通??;DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在短短三行，实现网络的多点温度;
DS18B20在使用不需要外部元件，所有的传感元件和开关电路集成在形如一个晶体管集成电路;
温度范围：-55 - +125°C，-10 - +85摄氏度精度正负0.5摄氏度;
可编程的分辨率为9?12，对应的温度就可以解决区别0.5,0.25,0.125,0.0625度左右，可以实现高精度的温度测量;
负面特征：电源极性反转，芯片不会因为发热而燃烧，但不起作用;
（二） DS18B20引脚定义
1 GND:接地引脚。
2 DQ：数据输入/输出引脚（单总线接口，可作寄生供电）。
3 VDD：+5V电源电压引脚。
图1 DS18B20的外形及管脚排列
（三） DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位激光ROM，温度灵敏元件，非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器。
DS18B20内部结构如图:
图2 DS18B20内部结构图
配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图所示。
表1 寄存器
TM R1 R0 1 1 1 1 1
MSB LSB
其中，TM：被写入测试模式标志为0时不能被改变工厂，R0，R1：温度计分辨率设置位，这在以下的表中的对应于四种分辨率，出厂R0，R1被设置为默认值：R0= 1，R1=1（即12位分辨率），用户可能需要改写配置寄存器以获得合适的解决方案。
表2 配置寄存器与分辨率关系
R0 R1 温度计分辨率/bit 最大转换时间/us
0 0 9 93.75
0 1 10 187.5
1 0 11 375
1 1 12 570
2 高速暂存存储器
暂存存储器由9个字节，其分布如下图所示。当温度转换命令发出后，通过变换所得到的温度值的两个字节补码形式存储在高速暂存存储器和一个0字节。 MCU可以通过读取该数据线接口，读取低位在前，高位在后，数据格式如图所示。计算出相应的温度：当符号位S =0，直接将二进制位小数，当S=1，先补到原来的代码，然后计算出的十进制值。
表3 DS18B20的温度转换和温度的对照表
温度/℃ 二进制表示 十六进制表示
+125 +25.0625 +10.125 +0.5 0 -0.5 -10.125 -25.0625 -55 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H
三 方案选择
温度测量系统具有许多共同的特点，如：复杂的环境中，布线分散，测点，远离控制室的生活。在这种情况下，使用一般的温度传感器的温度信号的采集，信号调理电路设计，A / D转换电路和相应的接口电路，传感器输出的模拟信号转换成数字信号传输给计算机的唯一途径治疗。然而，由于各种因素，可能导致检测系统有较大的偏差，因为测试环境是复杂的，测量点，信号的传输距离和各种干扰等因素，使检测系统的稳定性和可靠性的下降。多点温度测量系统的设计是两部分：温度传感器的选择和控制单元设计的关键。温度传感器的广泛的应用范围，使用一个庞大的数字，但也超过各种传感器之首。
摘 要
本设计是基于单总线控制技术的多点温度检测系统。该系统选用了单总线智能数字温度传感器DS18B20为温度数据采集单元。本设计结合实际使用经验，简要的阐述了DS18B20数字温度传感器在单片机硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。
本系统芯片使用了AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器。该系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准RS232通信接口，芯片使用了ATMEL公司的AT89C51单片机和DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器。由AT89C51单片机为控制核心，实现温度的采集和传输。该系统具有集成度高、结构简单、控制能力强、价格低廉等特点，具有一定的现实应用价值。
摘 要 3
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:温度检测系统数字温度传感器DS18B20单片机AT89C51
一 引 言 5
（一） 实例背景及功能 5
（二）设计简述 5
二 单总线数字温度计DS18B20介绍 5
（一）DS18B20的主要特性 5
（二） DS18B20引脚定义 6
（三） DS18B20的内部结构 7
三 方案选择 8
(一) 主控制的选择 8
（二） 芯片的选择 9
（三） 最终选择方案 9
四 系统硬件设计 10
（一）电源电路 10
（二）看门狗电路 11
（三） 显示电路 12
（四） 温度检测电路 13
（五） 串口通讯电路 15
（六 ）整体电路 16
五 系统软件设计 17
（一） 简要介绍 17
（二） 主程序设计 17
（三） 子程序流程图设计 17
（四） 各部分子程序 20
六 系统的最后调试 20
（一） 调试步骤 20
（二） 整个系统调试 20
结 束 语 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附 录 25
附录一 原理图 25
附录二 程序 26
一 引 言
（一） 实例背景及功能
在农业生产和日常生活中，对温度的测量极其重要，如：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测等。温度检测系统的应用十分广阔。
通常测温系统的主要器件是热敏电阻，由于它体积小、重复性好、测量方法简单，所以在测量系统中得到广泛应用。但采用热敏电阻的测温系统需要A/D转换，而且测量精不高。在这里利用单总线控制技术，采用Dallas公司生产的一种新型温度传感器DS18B20，设计了一套基于DS18B20的单总线温度采集控制系统。
该系统主要包括温度检测电路、温度显示电路、主控电路及按键设计电路。所实现的主要功能是利用DS18B20采集温度并在七段数码管上显示出来，同时将温度信号反馈到PC机上以便作进一步的分析操作。
（二）设计简述
设计思路，上下身体成两个分布式多点温度检测电路测量系统的主从分布式。该系统采用标准的RS-232串行通信，PC，通过PC微处理器的温度下位机采集控制。温度数据直接从下位机单独工作，实时显示当前温度值，每个点，每个控制点也可以发送到PC主机通过显示屏的数据处理。
下位机采用的是基于单芯片的数字温度传感器DS18B20系统。 DS18B20单总线特性可以很容易地实现多点温度测量，轻松组建传感器网络，抗干扰能力强，设计的灵活性，可在恶劣的环境中进行温度测量。该系统可用于在大型工业，民用正常的多点监视应用程序。如粮仓的系统，楼宇自动化系统，医疗方面的温度检测时，空调系统的温度检测。
二 单总线数字温度计DS18B20介绍
单总线独特而经济的接线和控制方法，使用户可以轻松的组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。DS18B20作为世界上第一个支持“单总线”接口的温度传感器DS1820的升级芯片，在继承原有芯片的优良特性和功能基础上得到更好的改进。
（一）DS18B20的主要特性
制作Dallas半导体公司的DS18B20温度传感器类型单一智能属于新一代智能自适应微处理器温度传感器可以被广泛应用于工业，民用，军用等领域的温度测量与控制仪器仪表，测量系统和大型设备的介质。它具有体积小，方便的接口，传输距离等特点。同时，DS18B20数字输出，可直接连接微控制器，无后级A / D转换，控制简单。作为一个单一的总线特性，易于扩展，在总线上挂接的DS18B20带，以形成多个的温度测量力网络。
在达拉斯的单总线数字温度传感器系列，有DS1820，DS18S20，DS1822，和其他机型，它们基本上是相同的工作原理及特点。 DS18B20是 DS1820的替代品，具有以下特点：
适应更宽的电压范围，电压范围为+3.0 - +5.5 V在寄生电源模式电源数据线;
独特的单线接口方式，DS18B20与微处理器的连接只需要一个口线可以实现与DS18B20的微处理器的双向沟通??;DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在短短三行，实现网络的多点温度;
DS18B20在使用不需要外部元件，所有的传感元件和开关电路集成在形如一个晶体管集成电路;
温度范围：-55 - +125°C，-10 - +85摄氏度精度正负0.5摄氏度;
可编程的分辨率为9?12，对应的温度就可以解决区别0.5,0.25,0.125,0.0625度左右，可以实现高精度的温度测量;
负面特征：电源极性反转，芯片不会因为发热而燃烧，但不起作用;
（二） DS18B20引脚定义
1 GND:接地引脚。
2 DQ：数据输入/输出引脚（单总线接口，可作寄生供电）。
3 VDD：+5V电源电压引脚。
图1 DS18B20的外形及管脚排列
（三） DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位激光ROM，温度灵敏元件，非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器。
DS18B20内部结构如图:
图2 DS18B20内部结构图
配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图所示。
表1 寄存器
TM R1 R0 1 1 1 1 1
MSB LSB
其中，TM：被写入测试模式标志为0时不能被改变工厂，R0，R1：温度计分辨率设置位，这在以下的表中的对应于四种分辨率，出厂R0，R1被设置为默认值：R0= 1，R1=1（即12位分辨率），用户可能需要改写配置寄存器以获得合适的解决方案。
表2 配置寄存器与分辨率关系
R0 R1 温度计分辨率/bit 最大转换时间/us
0 0 9 93.75
0 1 10 187.5
1 0 11 375
1 1 12 570
2 高速暂存存储器
暂存存储器由9个字节，其分布如下图所示。当温度转换命令发出后，通过变换所得到的温度值的两个字节补码形式存储在高速暂存存储器和一个0字节。 MCU可以通过读取该数据线接口，读取低位在前，高位在后，数据格式如图所示。计算出相应的温度：当符号位S =0，直接将二进制位小数，当S=1，先补到原来的代码，然后计算出的十进制值。
表3 DS18B20的温度转换和温度的对照表
温度/℃ 二进制表示 十六进制表示
+125 +25.0625 +10.125 +0.5 0 -0.5 -10.125 -25.0625 -55 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H
三 方案选择
温度测量系统具有许多共同的特点，如：复杂的环境中，布线分散，测点，远离控制室的生活。在这种情况下，使用一般的温度传感器的温度信号的采集，信号调理电路设计，A / D转换电路和相应的接口电路，传感器输出的模拟信号转换成数字信号传输给计算机的唯一途径治疗。然而，由于各种因素，可能导致检测系统有较大的偏差，因为测试环境是复杂的，测量点，信号的传输距离和各种干扰等因素，使检测系统的稳定性和可靠性的下降。多点温度测量系统的设计是两部分：温度传感器的选择和控制单元设计的关键。温度传感器的广泛的应用范围，使用一个庞大的数字，但也超过各种传感器之首。
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