DS18B20数字式温度测量装置的
单总线温度传感器DS18B20简介
单总线温度传感器DS18B20简介DS18B20是DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（提供9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片。
它具有3引脚TO－92小体积封装形式，温度测量范围为－55℃～＋125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，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，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与多个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。
以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
DS18B20外形及引脚说明外形及引脚如图2所示：图2 管脚排列图在TO-92和SO-8的封装中引脚有所不同，具体差别请查阅PDF手册，在TO-92封装中引脚分配如下：1（GND）：地2（DQ）：单线运用的数据输入输出引脚3（VDD）：可选的电源引脚DS18B20工作过程及时序DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。
高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。
初始时，温度寄存器被预置成-55℃，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止。
初始时，计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。
以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。
为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。
计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。
DS18B20百度百科
DS18B20DS-18B20 数字温度传感器本公司最新推出TS-18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
1: 技术性能描述 1.1 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
1.2 测温范围－55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。
1.3 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。
1.4 工作电源: 3~5V/DC 1.5 在使用中不需要任何外围元件 1.6 测量结果以9~12位数字量方式串行传送1.7 不锈钢保护管直径Φ6 1.8 适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 1.9 标准安装螺纹M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 1.10 PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
2：应用范围 2.1 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域 2.2 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。
2.3 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。
2.5 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制3：产品型号与规格型号测温范围安装螺纹电缆长度适用管道TS-18B20 -55~125 无 1.5 m TS-18B20A -55~125 M10X1 1.5m DN15~25TS-18B20B -55~125 1/2”G 接线盒DN40~ 604：接线说明特点独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0 V 至5.5 V 无需备用电源测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃。
DS18B20数字式温度传感器
DS18B20数字式温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同的是，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度。
同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。
部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，这也就缩短了开发的周期。
DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：（ 1 ）采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
（ 2 ）测量温度范围宽，测量精度高。
DS18B20 的测量范围为-55℃~+125℃；在-10~+85℃范围内，精度为±0.5℃。
（ 3 ）在使用中不需要任何外围元器件即可实现测温。
（ 4 ）多点组网功能。
多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。
（ 5 ）供电方式灵活。
DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。
因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。
（ 6 ）测量参数可配置。
DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9~12位。
（ 7 ）负压特性。
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。
（ 8 ）掉电保护功能。
DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。
DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。
二、DS18B20测温原理DS18B20 的内部测温电路框图低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，为计数器提供一频率稳定的计数脉冲。
DS18B20的工作原理
DS18B20的工作原理DS18B20是一款数字温度传感器，具有高精度、低功耗、数字输出等特点。
它采用了独特的1-Wire接口技术，可以通过单一的数据线进行通信和供电，非常适合在各种环境中进行温度监测和控制。
DS18B20的工作原理如下：1. 温度测量原理：DS18B20利用半导体材料的温度特性来测量温度。
它内部集成为了一个温度传感器，该传感器基于温度对硅芯片内部电压的影响进行测量。
当温度升高时，硅芯片内部的电压也会随之变化，通过测量这个变化的电压，就可以得到温度的数值。
2. 1-Wire接口技术：DS18B20采用了独特的1-Wire接口技术，这意味着它只需要一根数据线进行通信和供电。
在通信过程中，DS18B20会将温度数据转换为数字信号，并通过数据线传输给主控设备。
同时，主控设备也可以通过数据线向DS18B20发送指令，控制其工作模式和参数设置。
3. 工作电源：DS18B20可以通过1-Wire接口从主控设备获取电源，也可以通过外部提供的电源进行供电。
当通过1-Wire接口供电时，DS18B20会从数据线上提取能量，并利用内部的电源管理电路进行稳定的工作。
这种设计使得DS18B20在低功耗模式下工作，非常适适合于电池供电的应用场景。
4. 温度精度和分辨率：DS18B20具有高精度的温度测量能力，可以达到±0.5℃的精度。
同时，它还可以根据需要进行温度分辨率的设置，可选的分辨率包括9位、10位、11位和12位。
分辨率越高，测量的温度范围越小，但精度也相应提高。
5. 多个DS18B20的连接：由于DS18B20采用了1-Wire接口技术，可以通过将多个DS18B20连接在同一条数据线上，实现多个温度传感器的同时测量。
每一个DS18B20都有一个惟一的64位ROM代码，通过这个代码可以区分不同的传感器。
主控设备可以通过发送指令来选择特定的传感器进行温度测量。
总结：DS18B20是一款采用1-Wire接口的数字温度传感器，具有高精度、低功耗、数字输出等特点。
DS18B20的工作原理
DS18B20的工作原理DS18B20是一种数字温度传感器，可以通过一根单线串行总线与微处理器或者其他设备进行通信。
它采用了数字温度传感技术，可以准确地测量环境温度，并将温度数据以数字形式传输给主设备。
DS18B20的工作原理如下：1. 温度测量原理：DS18B20使用了一个精确的温度传感器，该传感器基于温度对半导体材料电阻值的影响。
在DS18B20中，温度传感器是由一对金属电极和一个细丝电阻器组成的。
当温度升高时，电阻值增加，反之亦然。
通过测量电阻值的变化，可以确定环境温度。
2. 单线串行总线通信：DS18B20通过单线串行总线与主设备通信，这意味着只需要一根数据线就可以实现数据传输。
通信过程中，主设备发送指令给DS18B20，DS18B20将温度数据以数字形式传输回主设备。
这种通信方式简化了硬件连接，降低了成本。
3. 温度转换和精度：DS18B20将温度数据转换为数字形式，并以12位精度表示。
它可以测量的温度范围为-55℃至+125℃，精度为±0.5℃。
DS18B20还具有可编程的分辨率功能，可以选择9位、10位、11位或者12位的温度分辨率。
4. 供电和工作模式：DS18B20可以通过总线路线提供供电，也可以通过外部电源提供供电。
它还具有多种工作模式，包括连续转换模式和温度警报模式。
在连续转换模式下，DS18B20可以周期性地测量温度并发送数据。
在温度警报模式下，DS18B20可以设置上下限温度阈值，当温度超过或者低于设定阈值时，会触发警报信号。
总结：DS18B20是一种数字温度传感器，采用了数字温度传感技术。
它通过测量温度对半导体材料电阻值的影响来测量环境温度，并将温度数据以数字形式传输给主设备。
DS18B20具有单线串行总线通信、温度转换和精度、供电和工作模式等特点。
它在许多领域中被广泛应用，如气象监测、工业自动化、家用电器等。
其高精度和简单的硬件连接使其成为一种理想的温度传感器。
数字温度传感器DS18B20资料
一、DS18B20特点1．单线结构，只需一根信号线和CPU相连。
2. 不需要外部元件，直接输出串行数据。
3. 可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V～5V。
4．测温精度高，测温范围为：一55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±O.5℃。
5．测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达0．0625℃。
6．数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9位精度的转换时间为93．75 ms：10位精度的转换时间187.5ms：12位精度的转换时间750ms。
7.具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。
8．可通过报警搜索命令识别哪片DS18820采集的温度超越上、下限。
二、DS18B20引脚及管脚功能介绍DS18B20的常用封装有3脚、8脚等几种形式，如图1所示。
各脚含义如下：DQ：数字信号输入／输出端。
GND：电源地端。
VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)。
三、DS18B20内部结构简要介绍：DS18820的内部结构如图3所示：主要有64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等组成。
1．64位光刻ROM是生产厂家给每一个出厂的DS18820命名的产品序列号，可以看作为该器件的地址序列号。
其作用是使每一个出厂的DS18820地址序列号都各不相同，这样，就可以实现一根总线上挂接多个DS18820的目的。
2．DS18820中的温度传感器完成对温度的测量，输出格式为：16位符号扩展的二进制补码。
当测温精度设置为12位时，分辨率为O．0625℃，即O．0625℃／LSB。
其二进制补码格式如图2所示。
其中，S为符号位，S=1，表示温度为负值；S=0，表示温度为正值。
例如+125℃的数字输出为07D0H，-55℃的数字输出为FC90H。
一些温度值对应的数字输出如图4所示。
DS18B20温度检测
目录1引言 (1)2系统描述 (2)2.1系统功能 (2)2.2系统设计指标 (2)3系统的主要元件 (3)3.1单片机 (3)3.2温度传感元件 (4)3.3LCD显示屏 (6)4硬件电路 (7)4.1系统整体原理图 (7)4.2单片机晶振电路 (7)4.3温度传感器连接电路 (8)4.4LCD电路 (9)4.5报警和外部中断电路 (10)5结论 (11)温度监测系统硬件设计摘要:利用DS18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器实现温度的监测，可以简化硬件电路，也可以实现单线的多点分布式温度监测，而不会浪费单片机接口，提供了单片机接口的利用率。
同时提高了系统能够的抗干扰性，使系统更灵活、方便。
本系统主要实现温度的检测、显示以及高低温的报警。
也可以通过单总线挂载多个DS18B20实现多点温度的分布式监测。
关键词： DS18B20，单总线，温度，单片机1引言在科技广泛发展的今天，计算机的发展已经越来越快，它的应用已经越来越广泛。
而单片机的发展和应用是其中的重要一方面。
单片机在工业生产（机电、化工、轻纺、自控等等）和民用家电各方面有广泛的应用。
其中，单片机在工业生产中的应用尤其广泛。
单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉的优点，因此被广泛应用。
在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要测量参数。
例如：在冶金工业、化工工业、电力工程、机械制造和食品加工等许多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反映炉和锅炉，尤其是热学试验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中的温度进行测量，并经常会对其进行控制。
传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过A/D 转换环节获得数字信号后才能够被单片机等微处理器接收处理，使得硬件电路结构复杂，制作成本较高。
近年来，美国DALLAS公司生产的DS18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。
DS18B20
3.1.2.1 DS18B20简述DS18B20 是美国DALLAS 公司生产的可完全替代DS1820 的全新型单线数字式温度计。
它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O 数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。
DS18B20 是DS1820 的改进型产品，该产品具有比DS1820 更好的性能，目前，该产品已成为DS1820 的替代品而在温控系统中得到广泛的应用。
3.1.2.2 DS18B20系列的性能特点与DALLAS 公司生产的DS1820 相比，DS18B20 具有如下特点：在-10℃～+85℃范围内，DS18B20 具有±0.5℃的精度。
因而DS18B20 在和DS1820 的测温精度相同时，具有更宽广的温度范围。
分辨率为9～12 位（包括1 位符号位），并可由编程决定具体位数。
DS18B20 的转换时间与设定的分辨率有关，当设定为9位时，最大转换时间为93.75ms；10 位时的转换时间为187.5ms；11 位时为375ms；12 位时为750ms。
电源电压范围为3.0V～5.5V。
内含程序设置寄存器，可用来设置分辨率位数，该寄存器是DS1820 所没有的。
其格式见表2-1。
表2-1 寄存器位分布表其中，TM 为测试模式位，为1 表示测试模式，为0 表示工作模式，出厂时该位设为0，且不可改变。
R1 和R0 的设置组合与温度分辨率有关，具体关系见表2-2。
表2-2 温度分辨率的设置片内带有64 位激光ROM：从高位算起，该ROM 有一个字节的CRC 校验码，6 个字节的产品序号和一个字节的家庭代码。
对于家庭代码，DS1820 是10H，DS18B20 是28H。
内含温度数据寄存器：该寄存器由两个字节组成，实际上DS18B20 中寄存器的字节定义或温度值与DS1820 不一样，DS1820 的分辨率为0.5℃，而DS18B20 的12 位分辨率为2～4℃。
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第４期（总第１７３期）２０１２年８月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．４Ａｕｇ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０４－０１４９－０３ＤＳ１８Ｂ２０数字式温度测量装置的研究张宇宁，周 颖（唐山劳动技师学院，河北 唐山 ０６３０００）摘要：目前对温度的监测和控制已成为生产过程中非常重要的技术要求。
基于ＤＳ１８Ｂ２０，以ＡＴ８９Ｓ５２单片机为核心设计了温度测量装置，对整个测试系统进行控制，包括温度的测量、数据的处理以及将测量结果送至上位机显示与进一步处理。
关键词：数字测温；ＤＳ１８Ｂ２０；通信协议；ＡＴ８９Ｓ５２中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１２－０２－２７；修回日期：２０１２－０３－０８作者简介：张宇宁（１９８１－），男，满族，河北秦皇岛人，讲师，在读硕士研究生。
０ 引言目前，普遍采用的温度测控装置仍是以输出模拟信号为主，必须经过Ａ／Ｄ转换获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，这就使得整个测控装置电路结构复杂、成本较高。
而以ＤＳ１８Ｂ２０为代表的新型数字式温度传感器集温度检测和Ａ／Ｄ转换于一体，能直接输出数字信号，与单片机接口电路结构简单，故其被广泛应用于距离远、节点分布多的各种温度控制领域，具有广泛的应用前景及较强的推广应用价值。
１ ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器美国ＤＡＬＬＡＳ公司生产的单线总线ＤＳ１８Ｂ２０数字式温度传感器能在现场采集温度数据，直接将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到计算机进行处理，因而使用ＤＳ１８Ｂ２０可使系统结构更趋简单，可靠性更高，大大提高了系统的抗干扰能力。
图１为ＤＳ１８Ｂ２０接口电路。
图２为ＤＳ１８Ｂ２０的测温原理。
图１ ＤＳ１８Ｂ２０接口电路ＤＳ１８Ｂ２０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来测量温度，而门开通期由高温度系数振荡器决定。
计数器１和温度寄存器均预置对应－５５℃时的数值作为基数。
低温度系数振荡器的振荡频率不受温度变化的影响，产生固定频率的信号给计数器１；而高温度系数振荡器的振荡频率则受温度变化的影响，其脉冲信号输入计数器２。
计数器１是一个减法计数器，当它减至零时，温度寄存器加１，若计数器２没有计数至零（即在门开通期内），则计数器１重新预置基数又进行计数，温度寄存器不断累加，直至计数器２计数至零为止，这时温度寄存器的值即为测量的温度值。
斜率累加器是对振荡器温度特性的非线性进行补偿。
图２ ＤＳ１８Ｂ２０的测温原理图２ 单片机的选型及方案论证本系统采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机。
ＡＴ８９Ｓ５２单片机是ＡＴｍｅｌ公司的产品，它额外添加了８ｋＢ在系统可编程（即ＩＳＰ）Ｆｌａｓｈ存储器，使得其下载线电路简单，且可实现并行或者串行模式的在线编程。
ＡＴ８９Ｓ５２支持ＩＳＰ在线下载，由于实验阶段需要不断地进行程序调试和多次下载操作，ＡＴ８９Ｓ５２的支持在线下载功能无疑就为程序的调试带来了方便。
ＡＴ８９Ｓ５２单片机的电路设计如图３所示。
单片机采用外部１１．０５９ ２ＭＨｚ晶振提供时钟电路；复位端ＲＥＳＥＴ同时连接Ｘ２５０４５的复位输出端（ＲＥＳＥＴ），形成看门狗复位电路；由ＤＳ１８Ｂ２０检测到的温度信号通过Ｐ１．０～Ｐ１．７口输入单片机中进行处理，经处理后的数据通过Ｐ３．０（ＲＸＤ）、Ｐ３．１（ＴＸＤ）口传送到４８５，再发送至上位机，Ｐ０．０控制４８５的输入输出。
图３ ＡＴ８９Ｓ５２单片机的电路设计３ ＲＳ－４８５总线现场检测系统本系统是一个以ＰＣ机为主控机、多个单片机为从机构成的４８５总线现场监测系统。
单片机组成的各节点负责采集终端设备（温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０）的输出信号，主控机通过通信协议轮询各节点获得这些设备信息，并根据信息内容进行相关操作。
系统通信总线采用ＲＳ－４８５标准，可以获得较远的通信距离和较好的抗干扰性。
４８５接口芯片和匹配电阻等构成ＲＳ－４８５通用驱动电路。
在本系统中采用了Ｍａｘｉｍ公司生产的差分平衡器收发芯片ＭＡＸ４８５，符合ＲＳ－４８５通信标准。
ＲＳ－４８５采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器，在总线（即Ａ、Ｂ）之间接入１２０Ω电阻Ｒ３进行阻抗匹配。
考虑到通信协议中存在广播形式，为防止总线电流过大，在两根总线上各加入了一个可熔断恢复器。
ＲＳ－４８５接口电路如图４所示。
图４ ＲＳ－４８５接口电路４ 数字测温装置数据终端的人机界面本文采用ＶＢ开发数字测温装置数据终端的人机界面。
ＶＢ的特点是事件驱动，具体编程也应围绕相应的事件进行。
其主要步骤是加载串行通信控件，建立通信按钮，并修改属性的一些参数值，编写代码。
一般的通信程序分为窗口加载程序、通信开始处理程序、通信关闭处理程序和定时器事件处理程序等部分。
装置整体系统运行之前需要知道总线上有多少个模块，所以系统一运行，自动先搜索模块并记录，在之后的操作中只对搜索到的模块进行操作。
该部分程序执行流程如图５所示。
图５ 程序执行流程·０５１·机械工程与自动化 ２０１２年第４期 为了实现温度测量数据的远程通信，用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ ６．０开发了远地控制ＰＣ机的用户界面软件。
其界面友好、操作简单，用户通过鼠标就能监控工作环境温度以及数字测温设备状态。
操作系统主界面见图６。
图６ 操作系统主界面图６中，５＃测温点和１４＃测温点放入热水中，温度超过了报警温度值５５℃（通过上位机可设置），所以指示灯变为红色（图中显示为深色），其他各点为室温。
５ 结论基于单片机系统的数字温度测量系统是单片机控制的智能化仪器。
装置结构模型和测量原理简单，选用精密测量元器件和抗干扰、低温漂的精密电子元件，提高了系统的抗干扰能力，保证了系统的稳定性；装置选用数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０，简化了测温电路，提高了测量准确度，同时具备较强抗干扰能力，稳定性好，安装方便，维护简单，实现了多路的温度检测。
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