基于ds18b20的多点测温.

基于DS18B20的单总线

多点测温系统

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摘要：本文主要介绍了一个基于DS18B20单片机的测温系统，详细描述了传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为

其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。

随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时有温度传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时作出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要

关键词：DS18B20，AT89c51，多点测温

一、任务分工：

表1—1 任务分工表

二、功能描述：

1.使用前程序读取序列号，一次性写入代码中。此系统写入了三个传感器的序

列号。

2.上电，显示“welcome”开机画面。

3.按键1功能选择键，可以选择显示相应的节点，显示所有节点温度，显示平

均温度。

4.按键2确认键，按键1选择相应的界面后，按确认键，，同时对传感器进行

数据采集，并显示温度。

三、方案选择：

一）总线方案：

方案一：单端口单总线的多点测温

典型应用如图所示，所有DS18B20并联后其数据线连接到处理器的一个端口线上，显著特点是只占用单片机的一个端口。每个DS18B20内部均有一个唯一的64位序列号，在工作之前先将主系统与DS18B20逐个连接，分别读出

序列号并存储在单片机中，根据序列号就可以对同一总线上多个DS18B20进行识别控制，分别读取其温度。

图3—1 DS18B20单总线连接图

其主要设计思想是：当单片机需要对众多DS18B20中某一个进行操作，首先发出匹配命令，接着单片机把存储的64位序列号发送到总线，只有此序列号的DS18B20才接收相应的命令，之后的操作就是针对该DS18B20的。

设计优缺点：这种测温连接方法是电路连接简单，硬件开销小。缺点是该方案是由多个DS18B20并联连接在一起的，他们之间会有一定的相互影响。最重要的是，在这种方案中，多个器件串接在总线上，对所有器件的查询操作，需要一个一个分别识别，完成一次查询需要花费大量时间，降低了系统效率，对一些实时性要求较高的设计不大适用。

方案二：多端口并行法

各个DS18B20数据线分别连接到不同的端口，工作时，单片机同时对各个DS18B20进行统一的并行操作，对所有DS18B20而言，其命令的接收与数据的传送是同步进行的，所花费时间等同于操作单个DS18B20所用时间。

图3—2 DS18B20多端口连接图

这种方案最大好处是节省时间，能满足对实时性要求较高的温度测量系统设计需求，同时由于这种方法不涉及序列号问题节省了读取与匹配的操作过程。而其缺点也显而易见，占用的端口数较多，每个测试点需要一个连接线，硬件资源开销大

方案二：I2C总线

两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。

通过串行数据（SDA）线和串行时钟（SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。

而DS18B20只有一根数据线，I2C总线需要一根数据线与一根地址线，无法实现。

综上所述：为了更好的节省硬件资源，达到多点测控，我们选择方案二。二）液晶显示方案：

方案一：LCD1602

图3—3 LCD引脚图

1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。

方案二：LCD12864

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

两者各自优点：1602是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。1602采用并口传输，速度比12864串口快。

12864 顾名思义像素是128*64，能显示8*4个汉字，因型号不同，有的带汉字库，有的不带，能显示图像效果，功能比1602强大。

综上所述：1602是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。1602采用并口传输，速度比12864串口快。

四、硬件设计：

一）系统框图：

图4—1 多点测温系统框图

温度传感器DS18B20检测到环境温度进行转换保存高速缓存RAM中，主控器STC89C51在发出命令后在读取数据进行处理，按键扫描再输出数据到LCD1602控制其显示的具体温度值。

图4—2 系统仿真图：

二）各部分硬件介绍：

1.STC89C51单片机

图4—3 STC STC89C51单片机引脚图

①电源引脚

Vcc（40脚）：典型值＋5V。

Vss（20脚）：接低电平。

②外部晶振

X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。

③输入输出口引脚：

P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。

P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。

P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。

P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。

④控制引脚：

RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。

第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。

第二功能：编程脉冲输入。

-PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。

-EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。

第二功能：编程电压输入端（+21V）。

2.温度传感器DS18B20

图4—3 DS18B20引脚图

温度传感器电路直接采用DS18B20设计，相比于模拟温度传感器，这种设计方法可以节省电路连接。

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出北侧温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。

DS18B20的性能特点如下：

1)独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯

2)每个器件有唯一的64 位的序列号存储在内部存储器中

3)简单的多点分布式测温应用

4)无需外部器件

5)可通过数据线供电。供电范围为3.0V到5.5V

6)测温范围为-55～＋125℃（－67～＋257℉）

7)在－10～＋85℃范围内精确度为±0.5℃

8)温度计分辨率可以被使用者选择为9～12位

9)最多在750ms 内将温度转换为12 位数字

10)用户可定义的非易失性温度报警设置

11)应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统

64位ROM的位结构如图3所示。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警器触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。

图4—4 64位ROM结构图

DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义热图5所示。低5位一直为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，用户不要改动，R1和R0决定温度转换得精度位数，即用来设置分辨率，定义方法见表1。

图4—6 配置寄存器

高速暂存RAM的第6,7,8字节保存未用,表现为逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。

当DS18B20接收温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1,2字节。单片机可以通过单线接口读出数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以

0.0625℃/LSB形式表示。

在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。主机根据ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断主机收到ROM数据是否正确。

DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式,如图8所示.单片机端口接单线总线,为为保证有效DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。

图4—7 DS18B20采用寄生电源的电路图

当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。

3.显示器LCD1602

图4—8 LCD尺寸图

LCD1602 采用标准的 16 脚接口，其中:

第 1 脚：VSS 为地电源

第 2 脚：VDD 接 5V 正电源

第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度

第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操

作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。

第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第 7～14 脚：D0～D7 为 8 位双向数据线。

第 15～16 脚：空脚

三）仿真电路：

1）开机仿真图：

图4—9 开机仿真图

2）选择界面仿真图：

图4—10.1 选择界面仿真图

2）温度显示界面仿真图：

图4—10.1 温度显示界面仿真图

五、数据处理：

一) 程序变量说明：

1.序列号存储数组:SN[3][8]

将实现读取的序列号保存在此变量中，方便后续程序的读取调用。定义方式为：uchar SN[3][8]=

{

0x28,0x1a,0x10,0xaa,0x05,0x00,0x00,0x71,

0x28,0x9a,0x51,0xaa,0x05,0x00,0x00,0xbf,

0x28,0xb1,0x4d,0xaa,0x05,0x00,0x00,0xac,

};

2.字符串存取数组：dis[]、table1[]、table2[]、table3[]、

table4[]、choose1[]、choose2[]、choose3[]、chooseAl[]、chooseAv[]、enter[]

将需要显示的字符窜分别保存在响应的数组里，进行模块化封装，方便在主程序与子程序之间调用显示，例如：

uchar code dis[]=" Welcome!";

uchar code chooseAv[]=" DISPLAY AVERAGE";

3.键盘返回值num

每个按键对应一个返回值，本系统为了体现简介节约的理念，只设置了两个按键，按键1返回值1，按键2返回值2。返回值储存在num变量中，有利于按键符合功能的实现。

4.功能变量k

每一个k值对应一个功能，通过按键来判断k值的不同

二) 程序数据处理：

1.温度数据处理

DS18B20初始默认值11位，最后一位位符号位，正温度为正，负温度为负，精度为0.0625，实际温度：

tvalue[j]=d*0.625（为实际温度的10倍）

tvalue[j]—储存j节点的的实际温度

d—采集的前10位温度

符号位判断：

tvalue[j]<0x07ff tflag[j]=0

tvalue[j]>=0x07ff tflag[j]=1

tflag[j]—储存j节点的温度符号

2.显示数据处理：

disdata[0]=flagdat—显示符号位

disdata[1]=tvalue[0]%1000/100+0x30—显示十位

disdata[2]=tvalue[0]%100/10+0x30—显示个位

disdata[3]=0x2e—显示小数点

disdata[4]=tvalue[0]%10+0x30—显示小数一位

三) 人机界面设计：

初始界面，无任何操作，如图5—1：

图5—1 欢迎界面

功能选择界面（按键1选择），如图5—2、图5—3：

图5—2 功能界面，显示所有温度

图5—2 功能界面，显示平均温度温度显示界面（按键2选择），如图5—4、图5—5：

图5—4 温度显示界面，显示第二节点温度

图5—5 温度显示界面，显示所有节点温度

六、软件设计：

1.语言选择：程序选择C语言编写，语言的结构性更强，移植性更强。

2.资源配置：

3.程序流程图：

A. 主程序：