基于DS18B20的温度检测系统-课程设计

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基于AT89C51DS18B20的数字温度计设计

基于AT89C51DS18B20的数字温度计设计一、本文概述Overview of this article本文旨在探讨基于AT89C51微控制器和DS18B20数字温度传感器的数字温度计设计。

我们将详细介绍如何利用这两种核心组件，结合适当的硬件电路设计和软件编程，实现一个能够准确测量和显示温度的数字温度计。

This article aims to explore the design of a digital thermometer based on AT89C51 microcontroller and DS18B20 digital temperature sensor. We will provide a detailed introduction on how to utilize these two core components, combined with appropriate hardware circuit design and software programming, to achieve a digital thermometer that can accurately measure and display temperature.我们将对AT89C51微控制器和DS18B20数字温度传感器进行简要介绍，包括它们的工作原理、主要特性和适用场景。

然后，我们将详细阐述硬件电路的设计，包括微控制器与温度传感器的连接方式、电源电路、显示电路等。

We will provide a brief introduction to the AT89C51 microcontroller and DS18B20 digital temperature sensor, including their working principles, main characteristics, and applicable scenarios. Then, we will elaborate on the hardware circuit design, including the connection method between the microcontroller and temperature sensor, power circuit, display circuit, etc.在软件编程方面，我们将介绍如何使用C语言对AT89C51微控制器进行编程，实现温度数据的读取、处理和显示。

基于AT89S52与DS18B20的温度检测系统设计

／ＳＡＲＴＴ、／
～丁一
初姑化ＤＳ８２ｌＢ０
度范围的上下限值，一旦发现温度异常的情况，以实可现快速报警。置寄存器是调配Ｄ１Ｂ０工作模式的特配Ｓ８２殊寄存器，可以通过设置来进行工作模式和分辨率的设
传感器将采集到的数据传输给Ａ８Ｓ２Ｔ９５进行处理。单片机通过ＭＡ２２Ｘ３与上位机进行通信，实现上位机显示等。ＭＡ２２采用Ｒ２２Ｘ３Ｓ３协议进行通信，数据传输速率
［收稿时间］０２０ — ２２１— ３０
［作者简介］李闽（９６）男，南永城人，１７一，河助教，究方向为物理学、研电子技术。
Ｄ１Ｂ０具有三只管脚，别为 “ Ｄ ” “ Ｎ ” Ｓ８２分ＶＤ、ＧＤ和
“ Ｑ” Ｄ。其中ＶＤ为电源输入端，Ｄ如果为寄生电源时，此
端需接地。ＤＱ为数字信号输入／出端，来输入输出输用
相应的指令代码和温度编码。连人电路时需要将ＤＱ管
较好的应用和市场前景。
［关键词］Ｔ９５Ｄ１Ｂ０温度传感器Ａ８Ｓ２Ｓ８２［中图分类号］Ｔ５Ｂ１
温度检测［文章编号］２９ — ４７２１）４０６ — ２０５３３（０２０ — ０２０
［文献标识码］Ａ
［摘
要］于Ｄ１Ｂ０温度传感器与Ａ８Ｓ２单片机构成的温度检测系统，基Ｓ８２Ｔ９５可广泛应用于存储、运输等行业。本文介绍了系

基于DS18B20的短距无线温度检测系统

系统的便携式设计并提高了温控系统的稳定性；利用ＭＳＰ４３０单片机的超低功耗以及ＤＳ１８Ｂ２０的单线接
口方式，实现了整个系统的低功耗设计，并简化了系统的结构关键词：ＭＳＰ４３０Ｆ１６１１；ＤＳ１８Ｂ２Ｏ；ｎＲＦ４０１；无线通信协议中图分类号：ＴＮ一９文献标识码：Ａ
ＳｈｏｒｔＤｉｓｔａｎｃｅＷｉｒｅｌｅｓｓＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＤＳ１８Ｂ２０
ＬＩＰｉｎｇ，ＳＯＮＧＦｕ — ｇｕｏ，ＷＡＮＧＬｅｉ
ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓｎＲＦ４０１ｗｉｒｅｌｅｓｓｍｏｄｕｌｅｔｏｒｅａｌｉｚｅｄａｔａｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ．ＴｈｅｍｏｄｕｌｅｓｏｆＭｉｃｒｏ — ｎｄｕｓｉｎｇｌｏｗｐｏｗｅｒＭＳＰ４３０Ｆ１６１１ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｅｄｅｓｉｇｎａｓｈｏｒｔ－ｒａｎｇｅｗｉｒｅｌｅｓｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，
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基于DS18B20的多路温度检测系统设计

ｉｔｏｕｅｅｉｎｗｈｃａｅｔｔｍｐｒｔｒｓｏｉｅｅｔｐｉｔ，ＷｉｈｄｇｔｌｔｍｐｒｔｒｅｓｒＤＳ８０ｎｒｄｃｓａｄｓｇｉｈｃｎｔｓｅｅａｕｅｆｄｆｒｎｏｎｓｔｉｉｅｅａｕｅｓｎｏ１Ｂ２ａａｈｅｔｍｐｒｔｒｅｓｒｍｅｔｄｖｃｓｓｔｅｅａｕｅｍａｕｅｎｅｉｅ，ｗｉｈＡＴ８Ｃ５］ａｏｔｏｎｔｆｍｕｔ—ｐｉｅｔ９ｓｃｎｒｌｕｉｏｌｉｏｎｔｔｍｐｅａｕｅｃｎｂｓｒｔｒａｅｄｔｃｅｎｏｔｏｙｔｍ，ｎｉｅｈｙｔｍａｄｒｉｃｉａｄｓｆｗａｅｆｗｈｒ．ｎｔｅｓｓｍ，ｄｔｅｅｔｄａｄｃｎｒｌｓｓｅａｄｇｖｓｔｅｓｓｅｈｒｗａｅｃｒｕｔｎｏｔｒｏｃａｔＩｈｙｔｌｅａａ
术和通信网络的发展［．Ｊ电讯技术，１．】２００
陈小芳．于泰克ＲＡ基ｓ的分析评估和优化ＲＩＦＤ
系统［．测试，０（）Ｊ电子】２７６．０
１０１０１０１０１００００１００１０，为１１１０１０１０１０００１１１０００
价格便宜，具有很高的性价比，可以定时循环检测和通过ＬＤ６２Ｃ１０显示多路的温度，因此选择
ＬＣＤ１０６２。
２３串口通讯电路设计．
Ａ８Ｃ１Ｔ９５有一个全双工的串行通讯口，所以

DS18B20多点温度检测系统的设计

目录摘要2 ABSTRACT 3 第一章绪论4 §1.1 系统背景4 §1.2 系统概述4 第二章方案论证5 §2.1 传感器部分5 §2.2 主控制部分6 §2.3 系统方案6 第三章硬件电路设计7 §3.1 电源以及看门狗电路7 §3.2 键盘以及显示电路9 §3.2 温度测试电路11 §3.3 串口通讯电路15 §3.4 整体电路16 第四章软件设计16 §4.1 概述16 §4.2 主程序方案16 §4.3 各模块子程序设计18 第五章系统调试20 §5.1 分步调试20 §5.2 统一调试20 结束语21 参考文献22 附录一:软件流程图24 附录二:电路原理图25 致谢27多点温度检测系统设计作者:谭诗炜（电信200201 班）指导老师:冯杰摘要DS18B20 是一种可组网的高精度数字式温度传感器,由于其具有单总线的独特优点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、可靠.本文结合实际使用经验,介绍了DS18B20 数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程,并给出了软件流程图.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 数字温度传感器上位机部分使用了通用PC.该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域关键字:温度测量;单总线;数字温度传感器;单片机AbstractAs a kind of high-accuracy digital net temperature sensor,DS18 B20 can be used building a sensor net easily. It can also make the net simple and reliable with it's special 1-wire interface .This paper introduces the application of DS18B20 with single chip processor.The system is constituted by two parts the temperature measured part and displayed part. The temperature measured part has a RS232 interface. It used AT89C51 of ATMEL company and DS18B20 of DALLAS company .The displayed part uses PC .This system is applied in such domains as warehouse detecting temperature;air-conditioner controlling system in building and supervisory productive process etc.Key words:temperature measure;single bus;digital thermometer;single chip processor;第一章绪论§1.1 系统背景在工、农业生产和日常生活中,对温度的测量及控制占据着极其重要地位.首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域: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•温度检测系统应用十分广阔.§1.2 系统概述本设计运用主从分布式思想,由一台上位机（PC 微型计算机）,下位机（单片机）多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统.该系统采用RS-232 串行通讯标准,通过上位机（PC）控制下位机（单片机）进行现场温度采集•温度值既可以送回主控PC进行数据处理由显示器显示.也可以由下位机单独工作,实时显示当前各点的温度值,对各点进行控制. 下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20 的系统.DS18B20 利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量.本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合.如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械…等•第二章方案论证温度检测系统有则共同的特点:测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等.若采用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.所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分:温度传感器的选择和主控单元的设计.温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大,也高居各类传感器之首.§2.1 传感器部分采用热敏电阻,可满足40 摄氏度至90摄氏度测量范围,但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差,对于检测1 摄氏度的信号是不适用的.而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35 等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D 转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现,也要用到复杂的算法,一定程度上也增加了软件实现的难度.方案二:在多点测温系统中,传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD 转换,而为了获得较高的测温精度,就必须采用措施解决由长线传输,多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题.采用数字温度芯片DS18B20 测量温度,输出信号全数字化.便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路.且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好.在0—100 摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度.DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS1820 和微控制器AT89C51 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接.这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量•轻松的组建传感器网络.采用温度芯片DS18B20 测量温度,可以体现系统芯片化这个趋势•部分功能电路的集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快•而且,集成块的使用,有效地避免外界的干扰,提高测量电路的精确度.所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势.本方案应用这一温度芯片,也是顺应这一趋势.§2.2 主控制部分此方案采用PC机实现.它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便•且人机交互友好但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信•需要通过RS232电平转换兼容,硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便.而且在一些环境比较恶劣的场合，PC 机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦!此方案采用AT89C51 八位单片机实现•单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制•而且体积小，硬件实现简单，安装方便•既可以单独对多DS18B20 控制工作，还可以与PC 机通信•运用主从分布式思想，由一台上位机（PC 微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统，实现远程控制•另外AT89C51 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟•§•3系统方案综上所述，温度传感器以及主控部分都采用第二方案•系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想•设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统•该系统采用的是RS-232 串行通讯的标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点•实际采用电路方案如下图:第三章硬件电路设计系统底层电路的功能主要包括:多点温度测试及其相关处理，实时显示温度信息，与上位机通讯传输温度数据•硬件设计主要包括以下几个模块:电源以及看门狗电路，键盘以及显示电路，温度测试电路，串口通讯电路•下面对电路分模块进行说明§3.1电源以及看门狗电路a. 电源电路因为单片机工作电源为+5V,且底层电路功耗很小•采用7805三端稳压片即可满足要求• 具体电路图如下:b. 看门狗电路考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣,单片机会受到周围环境的干扰,而出现程序跑飞,死机…等一些不可预知的不正常工作现象•工作人员也不可能到现场对单片机重起，本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路•定时查询单片机的工作状态,一但发现异常即对单片机延时重起•保证系统安全可靠的运行•NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号，其门限电平为4.2V •在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时.NE56604将产生精确的复位信号.NE56604内置一个看门狗定时器，用于监控微处理器，以确保微处理器的正常运行•看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作.NE56604 的看门狗的监控周期为100mS（典型值）.特性.正负双逻辑输出的有效复位信号..精准的门限电平监测..上电复位内部延时..可利用外部电阻调节的内部看门狗定时器..看门狗定时器的监控周期为100mS 典型值..VCC=0.8VDC 时产生有效的复位信号典型值. .仅需很少的外围元件.具体电路图如下:§3.2 键盘以及显示电路键盘电路单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据.键盘有编码和非编码两种.非编码键盘硬件电路极为简单.故本系统采用拨码开关来控制.具体电路如下:A. 开关状态的可靠输入键开关状态的可靠输入有两种解决方法.一种是软件去抖动:它是在检测到有键按下时,执行一个10ms 的延时程序后,再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平,如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态,从而消除了抖动影响.另一种为硬件去抖动:即为按键添加一个锁存器.两种方法都简单易行,本设计采用的是硬件去抖.B. 对按键进行编码给定键值或给出键号对于按键无论有无编码,以及采用什么编码,最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值以实现按键功能程序的散转转移.为使编码间隔小, 散转入口地址安排方便, 常采用依次序排列的键号.拨码开关值含义0000 实时显示通道一的温度值0001 实时显示通道二的温度值0010 实时显示通道三的温度值0011 实时显示通道四的温度值0100 实时显示通道五的温度值0101 实时显示通道六的温度值0110 实时显示通道七的温度值0111 实时显示通道八的温度值1*** 自动循环显示所有通道的温度C. 选择键盘监测方法对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种.本设计采用的查询法,即在在CPU 空闲时调用键盘扫描子程序.温度显示电路设计采用的是共阴极七段数码管.显示方式有动态扫描和静态显示,两种方法在本设计中皆可由于静态扫描要用到多片串入并出芯片,考虑到电路板成本计算.本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式.即用两块芯片就可以完成显示功能.显示数据由4511 译码器输出,ULN2003 为位驱动扫描信号.具体电路图如下:§3.2 温度测试电路这里我们用到温度芯片DS18B20.DS18B20 是DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器, 具有3引脚TO-92小体积封装形式•测温分辨率可达0.0625C，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出.其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生.CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路•DS18B20支持一线总线”接口，测量温度范围为-55 C~+125°C,在-10~+85 °范围内精度为±).5 °现场温度直接以一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性•适合于恶劣环境的现场温度测量，如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等•DS18B20 内部结构(1) DS18B20 的内部结构如下图所示•DS18B20 内部结构图DS18B20 有4 个主要的数据部件:①64位激光ROM.64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H) 组成•②温度灵敏元件•③非易失性温度报警触发器TH和TL.可通过软件写入用户报警上下限值.④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•TM R1 R0 1 1 1 1 1MSB DS18B20 配置寄存器结构图LSB其中,TM:测试模式标志位，出厂时被写入0,不能改变;R0、R1:温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时R0、R1置为缺省值：R0=1,R仁1(即12位分辨率),用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率• 配置寄存器与分辨率关系表：R0 R1 温度计分辨率/bit 最大转换时间/us0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 750(2) 高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如下图所示.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，数据格式如图所示.对应的温度计算：当符号位S=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.温度低位温度高位TH TL 配置保留保留保留8 位CRCLSB DS18B20 存储器映像图MSB温度值格式图DS18B20 温度数据表:23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4MSB LSBS S S S S 26 25 24典型对应的温度值表:温度/c二进制表示十六进制表示+125+25.0625+10.125+0.5-0.5-10.125-25.0625-55 00000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 1111100011111111 0101111011111110 0110111111111100 10010000 07D0H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90HDS18B20 最大的特点是单总线数据传输方式,DS18B20 的数据I/O 均由同一条线来完成. 硬件连接电路如下图:本系统为多点温度测试.DS18B20 采用外部供电方式,理论上可以在一根数据总线上挂256 个DS18B20, 但时间应用中发现,如果挂接25 个以上的DS18B20 仍旧有可能产生功耗问题.另外单总线长度也不宜超过80M, 否则也会影响到数据的传输.在这种情况下我们可以采用分组的方式,用单片机的多个I/O 来驱动多路DS18B20. 在实际应用中还可以使用一个MOSFET 将I/O 口线直接和电源相连,起到上拉的作用.对DS18B20 的设计, 需要注意以下问题(1) 对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20 进行操作,需要用较为复杂的程序完成.编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行,读、写时间片程序要严格按要求编写.尤其在使用DS18B20 的高测温分辨力时,对时序及电气特性参数要求更高.(2) 有多个测温点时,应考虑系统能实现传感器出错自动指示,进行自动DS18B20 序列号和自动排序,以减少调试和维护工作量.(3) 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.DS18B20 在三线制应用时,应将其三线焊接牢固;在两线应用时,应将VCC与GND 接在一起，焊接牢固若VCC脱开未接传感器只送85.0 C的温度值.⑷实际应用时,要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的DS18B20,同时还应注意最远接线距离.另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构.§3.3 串口通讯电路AT89C51 有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯.进行串行通讯时要满足一定的条件,比如电脑的串口是RS232 电平的,而单片机的串口是TTL 电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,我们采用了专用芯片MAX232 进行转换,虽然也可以用几个三极管进行模拟转换,但是还是用专用芯片更简单可靠.具体电路如下:我们采用了三线制连接串口,也就是说和电脑的9 针串口只连接其中的3 根线:第5 脚的GND 、第2 脚的RXD 、第3 脚的TXD. 这是最简单的连接方法,但是对本设计来说已经足够使用了,电路如上图所示.通信线采用交叉接法,即两者信号线对应成为R—T,T—R. 具体连接电路如下:§3.4 整体电路见附件二(电路原理图)第四章软件设计§4.1 概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的,当硬件基本定型后,软件的功能也就基本定下来了.从软件的功能不同可分为两大类:一是监控软件(主程序),它是整个控制系统的核心专门用来协调各执行模块和操作者的关系.二是执行软件(子程序),它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等.每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块.这里将各执行模块一一列出,并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义.各执行模块规划好后就可以规划监控程序了.首先要根据系统的总体功能和键盘设置选择一种最合适的监控程序结构,然后根据实时性的要求,合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系.§4.2 主程序方案主程序调用了 4 个子程序,分别是数码管显示程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度测试程序、中断控制程序、单片机与PC机串口通讯程序.键盘扫描电路及按键处理程序:实现键盘的输入按键的识别及相关处理温度测试程序: 对温度芯片送过来的数据进行处理,进行判断和显示数码管显示程序:向数码的显示送数,控制系统的显示部分. 中断控制程序: 实现循环显示功能.串口通讯程序:实现PC 机与单片机通讯,将温度数据传送给PC 机.将各个功能程序以子程序的形式写好,当写主程序的时候,只需要调用子程序,然后在寄存器的分配上作一下调整,消除寄存器冲突和I/O 冲突即可.程序应该尽可能多的使用调用指令代替跳转指令.因为跳转指令使得程序难以看懂各程序段之间的结构关系.而调用指令则不同,调用指令使得程序结构清晰,无论是修改还是维护都比较方便.将功能程序段写成子程序的形式,除了方便调用之外,还有一个好处那就是以后写程序的时候如果要用到, 就可以直接调用这个单元功能模块.主程序流程图如右图:§4.3 各模块子程序设计下面对主要几个子程序的流程图做介绍:(1) 温度测试子程序设计见附录一:温度测试子程序流程图(2) 中断控制程序设计如右图:(3) 串口通信程序设计本次通讯中,测控系统分位上位机和下位机之间的通信,系统中单片机负责数据采集、处理和控制,上位机进行现场可视化检测,通信协议采用半双工异步串行通信方式,通过RS232 的RTS 信号进行收发转换,传输数据采用二进制数据,上位机与下位机之间采用主从式通讯.本人采用的VB环境下PC机与单片机之间实现串行通讯的软硬件方案.VB是Microsoft公司推出的Windows 应用程序开发工具,因其具有界面友好,编程简便等优点而受到广泛的使用,而且Visual Basic 6.0 版本带有专门实现串行通讯的MSCOMM 控件.MSComm控件串口具有完善的串口数据的发送和接收功能•通过此控件，PC机可以利用串行口与其它设备实现轻松连接,简单高效地实现设备之间的通讯.此控件的事件响应有两种处理方式.事件驱动方式:由MSComm 控件的OnComm 事件捕获并处理通讯错误及事件;查询方式:通过检查CommEvent 属性的值来判断事件和错误.1) MSComm 控件的主要属性和方法a. CommPort:设置或返回串行端口号,其取值范围为1—99,缺省为1b. Sett ing:设置或返回串行端口的波特率、奇偶校验位、数据位数、停止位c. PortOpe n:打开或关闭串行端口d. RThreshold: 该属性为一阀值,它确定当接收缓冲区内字节个数达到或超过该值后就产生MSComml-OnComm 事件.e. In put :从接收缓冲区移走一串字符.f. Output: 向发送缓冲区传送一字符串. 软件流程图如下:单片机程序流程图PC 通讯程序流程图参数设定：通信端口选择COM1,波特率设定为1200B/SmPort=1MSComm.Setting= “1200, n, 8, 1 ”.START: MOV SP,#60HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0E6HMOV TL1,#0E6H ;1200B/S,晶振为12MHZMOV PCON,#00HMOV SCON,#50HSETB TR1第五章系统调试§5.1 分步调试1 、测试环境及工具测试温度:0~100摄氏度.（模拟多点不同温度值环境）测试仪器及软件:数字万用表,温度计0~100 摄氏度,串口调试助手测试方法:目测.2、测试方法使系统运行,观察系统硬件检测是否正常(包括单片机最小系统,键盘电路,显示电路,温度测试电路等).系统自带测试表格数据,观察显示数据是否相符合即可. 采用温度传感器和温度计同时测量多点水温变化情况(取温度值不同的多点), 目测显示电路是否正常.并记录各点温度值,与实际温度值比较,得出系统的温度指标. 使用串口调试助手与单片机通讯,观察单片机与串口之间传输数据正确否.3、测试结果分析自检正常,各点温度显示正常,串口传输数据正确.因为芯片是塑料封装,所以对温度的感应灵敏度不是相当高,需要一个很短的时间才能达到稳定.§5.2 统一调试将硬件及软件结合起来进行系统的统一调试.实现PC 机与单片机通讯,两者可以实时更新显示各点温度值.结束语AT89C51的时钟为12M,I/O 口可达32个,高的时钟频率和丰富的I/O,都为实现电路功能提供了非常有利的条件.同时也AT89C51 内含4KB FLASH ROM, 开发环境友好,易用,方便,大大加快本系统设计开发.拨码开关的使用,使操作更为简洁,易懂.实时显示电路的设计,使温度信息更迅速,直观地发布.本制作的设计中使用了传感器的只是插座电路,因此,该系统的可扩展性很强.整个系统硬件简单、可靠,系统成本低.致此本人设计基本完成了预期的目标,系统在硬件自动测试,键盘操作,实时显示方面做的比较好.但是由于时间仓促、条件有限,设计成果并不是很完美,还存在下面问题:串口通讯不稳定未对温度数值统计处理以及存储.我准备在今后的工作过程中进一步完善此设计.参考文献[1] .贾振国.DS1820及高精度温度测量的实现[J].电子技术应用，2000(1):58 - 59.[2] . 余永权. 单片机原理及应用. 北京:电子工业出版社, 1997[3] . 邦田. 电子电路实用抗干扰技术. 北京: 人民邮电出版社,1994[4] . 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DS18B20 测温系统

电子综合实践设计报告专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：物理与通信电子学院摘要DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单、体积小、低功耗、高精度、抗干扰能力强等特点的数字温度传感器。

本设计采用多点测温方法，在一个IO口上挂接多个DS18B20测温，在远距离工作时，为了防止信号的衰减，DS18B20用屏蔽双绞线包裹，远端接地的方法工作，并把所测得的温度在LCD上显示出来。

文中简要的介绍了DS18B20的基本特点、引脚功能、测温原理及时序的控制。

给出了DS18B20的使用电路、使用中的注意事项、硬件及软件设计方法。

经过测试，该系统的测量精度及速度等指标均能满足设计要求。

关键词：DS18B20 测温系统数字温度传感器多点测温目录摘要 (2)1 引言 (4)2 设计要求 (4)3 方案设计与原理 (4)3.1 DS18B20 简介 (4)3.1.1 DS18B20特性 (4)3.1.2说明： (5)3.1.3 DS18B20测温原理： (5)3.1.4 DS18B20测温原理图： (6)3.1.5 64位激光刻ROM (7)3.1.6 CRC发生器 (7)3.1.7 单总线系统 (7)3.2 DS18B20指令控制 (7)3.2.1 ROM时序指令控制 (8)3.2.2DS18B20功能指令控制 (8)3.3 18B20时序详解 (9)3.3.1初始化时序 (9)3.3.2读/写时序 (9)3.4二叉树遍历 (11)4 设计程序流程图： (16)5 设计硬件原理图 (17)6 DS18B20使用中应注意事项 (18)7测试中出现的问题及解决办法和说明： (18)8 结束语 (19)9 参考文献： (20)10 附录： (21)1 引言本系统利用DS18B20进行测温，基于单片机AT89S52进行温度控制，具有硬件电路简单，控温精度高、功能强，体积小，简单灵活等优点，可以应用于控制温度在-55℃到+125℃之间的各种场合，可以实现温度的实时采集、显示功能。

基于MSP430和DS18B20的智能温度检测系统的设计

科技信息
高校理科研究
基于ＭＳ４０和ＤＢ０晌智鹾温度趁测系统晌设计Ｐ３Ｓ１２８张彤
［摘要］介绍了一种以１位单片机ＭＳ４０１９６Ｐ３Ｆ４为控制核心，利用数字化温度传感器Ｄ１Ｂ０实现温度测量的智能温度检测系Ｓ８２统．详细论述了该系统的硬件组成和软件设计，给出了关键部分的电路图，相应的ＭＳ４０１９单片机温度测量程序．Ｐ３Ｆ４实验结果表明该智能温度检测系统具有低成本、可靠性高、结构简单、・巨能稳定、经济实用等特点，可根据不同需要可应用于多种工农业温度检测领域．【关键词］Ｐ３Ｆ４Ｄ１Ｂ０温度检测系统ＭＳ４Ｏ１９Ｓ８２
㈠
ｌ储控存嚣制
路比较复杂，成本也比较高。设计本智能温度检测系统采用的是一种改
进型智能温度传感器Ｄ１Ｂ０Ｓ８２，数字温度传感器通过单总线与单片机连接，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，也可应用于仓库测温、高层空调控制和农业生产过程监控等领
根总线上挂接多个Ｄ１Ｂ０的目的。Ｓ８２２１Ｓ８２．．Ｄ１Ｂ０的工作过程２
该系统采用美国Ｔ公司生产的ｌＩ６位带闪存的单片机ＭＰ３Ｆ４￣Ｓ４０１９作为主控芯片。该芯片工作电压是１．８伏至３６伏，的优点有：．它处理能力强、运行速度快、功耗低；芯片内有数量较多的寄存器，存储器可以进行多种运算；Ｐ３Ｆ４有较多中断源，ＭＳ４０１９还可以随意的嵌套；中断请用求唤醒处于省电状态的系统只需６微秒；具有很多外围器件，６位定时１器Ｔｍｒ４ｉｅＡ有种工作模式，可以同时进行多个捕获，比较功能；具有４个可独立编程的输入／出接口；８输具有微秒ＡＴＲ０与微秒ＡＴＲ１串行通信接口；具有多达６Ｋ０Ｂ的闪存存储器，可有ｌ万次擦写次数。该款Ｏ芯片的超低功耗和良好的性能价格比使其非常适合工业监控领域。２３语音报警模块－系统使用语音报警的方式对温度超限报警。由ＩＤ１２Ｓ４０芯片控制语音报警，芯片具有分段录放功能，次分段录放的时间为２此每０秒。被测温度由ＭＳ４０单片机预先判断，当测量值低于或高于标准温度值Ｐ３时，统会放出预先录制好的相应温度语音，系这样就实现了温度报警功能。２４温度显示模块．液晶显示模块ＨＭ１０Ａ是基于￥Ａ０９片构建的２ｌ列Ｔ６２６０６芯行６字符型的ＬＤ液晶显示模块，Ｃ其字符显示的分辨率是５×８即每个字（符是由一个５８ × 的点矩阵构成）。基于￥Ａ０９６０６所编写的控制程序亦可以很方便地应用于其它大部分字符型液晶显示模块。因此选用ＨＭ１０Ａ模块显示系统的测温结果。Ｔ６２２．５数据存储模块系统采用的存储芯片是ＣＴ４６。Ａ２ＷＣ４这种芯片是一个６ｋ位串行４ＣＳＥＰＯ它的内部含有８９ＭＯＥＲＭ，１２个８位字节，具有一个３２字节的写缓冲器，器件具有一个专门写保护功能，该通过ＩＣ总线接口进行操２

DS18B20温度控制系统设计

DS18B20温度控制系统设计【摘要】本设计通过以stc89c52单片机为核心，控制温度传感器ds18b20采集温度信号并直接以数字信号的方式传送给单片机，所测量结果由lcd1602显示出来，单片机将检测的温度与预先设定的温度值进行比较，该设定温度可以通过按键以1℃为单位进行调节。

当所测温度超过设定的温度值时，单片机将控制一个发光二极管和一个蜂鸣器进行声光报警，同时控制一个继电器的通断，达到简单调温的目的。

【关键词】单片机；ds18b20；lcd1602；声光报警一、功能简介本设计主要是以数字温度传感器ds18b20采集温度信号，将采集到的温度信号送给stc89c52单片机。

单片机将检测的温度与预先设定的温度值进行比较，该设定温度可以通过两个按键以1℃为单位进行调节。

当超过设定的温度值时，单片机将控制一个发光二极管和一个蜂鸣器进行声光报警，同时控制一个继电器的通断，达到简单调温的目的。

按模块可分为：（1）报警控制模块（2）温度采集模块（3）显示模块。

温度检测及显示要求实现以下功能：（1）用lcd直接显示读数、显示清晰直观。

（2）温度测量范围：0-100℃。

（3）可通过按键实现调节报警温度大小，单位1℃。

（4）精确度高。

（5）稳定性好。

二、方案简介理简单化。

采用温度芯片ds18b20测量温度，体现了作品芯片化这个趋势。

部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。

而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。

所以芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。

本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。

单片机温度控制系统是以ms-52单片机为控制核心，报警电路对温度监控的微机控制系统。

基本控制原理：ds18b20检测温度并将信号传送给单片机通过lcd显示出来，键盘设定温度上下限值，当所测温度超出所设置的初始温度时，报警装置响起，同时控制一个继电器的通断，达到简单调温的目的。

三、温度传感器的选取及特性选用美国dallas公司推出的一款单线数字温度传感器，此器件具有体积小，功耗低，精度高，可靠性好，易于单片机接口等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。

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《测控系统原理与设计》课程设计报告班级物理系电三学号 09417325 09417322学生姓名罗柱、李亚成指导教师朱高峰2012年4月一、绪论1 课题要求本设计要求系统测量的温度的点数为4个，测量精度为0.5℃，测温范围为-20℃～+80℃。

采用液晶显示温度值和路数，显示格式为:温度的符号位,整数部分,小数部分,最后一位显示℃。

显示数据每一秒刷新一次。

二、总体方案设计2.1 方案介绍本该方案使用了AT89C51单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用多个温度传感器对各点温度进行检测，通过4×4键盘模块对正常温度进行设置显示电路采用128×64 LCD模块，使用LM386作为报警电路中的功率放大器。

如图2.1为系统总体框图。

温度传感器图2.1基于数字温度传感器测量系统框图本课题采用数字温度传感器DS18B20作为测为测温元件,它具有如下特点: （1）只要求一个端口即可实现通信。

（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。

（3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。

（4）测量温度范围在－55C到＋125C之间。

（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。

（6）内部有温度上、下限告警设置。

三、硬件电路设计3.1测温电路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要一个端口引脚进行通信；②多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；③无须外部器件；④可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V；⑤零待机功能；⑥温度以9或12位数字量读出；⑦用户可定义的非易失性温度报警设置；⑧报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；⑨负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3.1所示。

图3.1 DS18B20内部结构图64位ROM的位结构如图3.2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3.2 64位ROM结构图DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可擦除的EERAM。

高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图3.3所示。

头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。

第5个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。

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。

该字节各位的定义如图3.4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3.3 高速暂存RAM结构图图3.4 配置寄存器表1 DS18B20分辨率的定义规定由表1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且设定的分辨率越高,所需要的温度转换时间越长。

因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

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。

温度值格式如图3.5所示。

图3.5 温度数据值格式当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码转换为原码,再计算十进制。

表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。

表2 DS18B20温度与测得值对应表在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的测温原理如图3.6所示。

图中第温度系数晶振的震荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入.图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数震荡器产生的时钟脉冲计数,进而完成温度测量。

计数门的开启时间由高温度系数震荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1,温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。

减法计数器1所对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置值将被重新装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。

图3.6中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线形性,其输出用于减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值达到被预测值。

另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要,系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。

操作协议为:初始化DS18B20→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

图3.6 DS18B20测温原理图DS18B20与单片机的接口电路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1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3.7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3.7 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。

3.2键盘电路设计3.2.1 行列式键盘与单片机接口电路根据本设计需要，本系统采用了4×4键盘实现对温度值和功能键的设定。

行列式键盘与单片机的接口电路如图3.8所示，H0-H3为行线，接单片机P2口的高4位，L0-L3为列线，接单片机P2口的低4位。

初始化时键盘行线为高电平，列线为低电平。

图3.8 4×4键盘结构3.2.2 键盘面板键盘面板如图3.9所示,本系统使用的键盘有10数字键，5个功能按键。

在系统启动时，先按“设置”键，然后按相应的数字键，按“左移”或者“右移”键改变其他温度的值。

按“确认”键之后系统正式启动。

系统在运行过程之中可以通过按“重新设置”键，对温度重新进行设置。

0213设置确认右移左移重新设置9 87 645图3.9 键盘面板3.3显示电路设计3.3.1 LCD 引脚分布及功能12864液晶显示屏共有20个引脚，其引脚名称及引脚编号的对应关系如图3.10所示：图3.10 12864液晶显示模块引脚分布3.3.2单片机与图形液晶的接口电路LCD 与单片机的接口电路如图3.11所示：图3.11 LCD 与单片机的接口电路3.4报警电路设计本系统设计中有报警器，使用LM386作为报警器的功率放大器，如图3.12所示。

LM386是一种音频集成功放，具有自身图3.12 报警器电路功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。

LM386的输入端接单片机的引脚P3.4，输出端接扬声器。

当实际温度超过设置的温度值时，单片机引脚输出一定频率的信号，信号经过音频功放放大后，发出报警声。

四、软件设计4.1 主程序主程序先对系统资源进行初始化,调用LCD显示子程序，显示启动画面。

然后进入键盘设置界面。

当设置键按下后，开始设置各点的温度，设置完之后，如果确认键按下，则系统开始工作。

首先调用DS18B20初始化子程序，再发送ROM命令,读取DS18B20转换的温度值。

当读取的温度大于设置的温度值时,报警器开始报警,LCD显示温度的实际值、设置值、路数、状态。

接下来对第二、三、四路温度进行采集，处理，显示。

主程序流程如图4.1所示：4.1 主程序流程图4.2 子程序4.2.1 DS18B20程序流程设计片机对DS18B20的控制方法，设计出如下程序流程：图4.2 写命令子程序流程图图4.3 DS18B20复位子程序流程图图4.4 DS18B20读温度子程序流程图4.2.2 显示程序流程显示是实现人机对话的重要部分，在这里选用12864LCD 显示器可实现对汉字、字符和图片的显示, LCD 的引脚功能在上面已经做了说明，下面是其相关指令的介绍。

根据上面指令结合系统要实行的功能，其显示子程序流程如图4.5所示。

图4.5 显示子程序流程图4.2.3 键盘程序流程b) 写16*16汉字子程序流程图a) 写8*16字符子程序流程图c) 写图片子程序流程图键盘中断程序是用来设在系统起动时各环境温度的极值,其程序流程图如图图4.6 键盘程序流程五、系统仿真调试5.1程序加载5.1.1 程序编译(1)启动KEIL，选择Project->New Project，在弹出的对话框中输入工程的名字，点击保存；选择ATMEL公司的AT89C51单片机。

图5.3 系统电路原理图(2)在Source Group 1上点击右键，选择“Add Files to Group Source Group 1 ”，把所有的源文件加进来。

(3)点击Project->Build target或者使用快捷键F9，编译工程。

当Output Windows中提示“0 Error”时，则程序编译成功，生成可执行文件1.HEX。

5.1.2 程序加载在编辑环境中双击AT89C51，在弹出的对话框中将编译生成可执行文件1.HEX加载进芯片中，设单片机的时钟工作频率为12MHZ。

5.4 系统仿真图（1）系统仿真图如下：5.3 系统仿真图（2）温度值的设定设置温度时，先点“设置”键，然后点击键盘上的按键输入温度；如果温度设置完毕，点击“确认键”，则系统启动成功并开始对各个环境的温度进行测量。