摘 要:多點測溫系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域及養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域均有廣泛的用途。以往的測溫系統(tǒng)多采用熱敏電阻，精度低、易損壞， 且模擬信號遠距離溫度測量在技術(shù)上實現(xiàn)比較復(fù)雜，因此提出了采用新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20。它具有體積更小、精度更高、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點。設(shè)計以單片機AT89C51為控制核心，結(jié)合RS485芯片完成多點測溫并傳送數(shù)據(jù)到主機顯示，便于主機監(jiān)控現(xiàn)場，并對現(xiàn)場情況采取及時處理。采用Keilc軟件編譯后通過Proteus7.5仿真，達到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞:單總線; DS18B20; 多點測溫; AT89C51

中圖分類號:TP212 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)12-0023-03

Design of Multi-point Temperature Measurement System Based on Mono-bus Temperature Sensor

JI Yong-gang1， YANG He-tian2

(1. School of Information Engineering， Dalian Jiaotong University， Dalian 116052， China;2. School of Software Institute， Dalian Jiaotong University， Dalian 116052， China)

Abstract: The multi-point temperature measurement system has wide application in the fields of industry and aquaculture. The previous temperature measurement system usually used thermal resistance， and had low precision， easy to damage， the analog signals remote temperature measurement was more complicated in technical. Therefore， a new type digital temperature sensor DS18B20 is proposed. It has smaller size， higher precision， uses first-line bus and has the advantages of networking. The design takes AT89C51 microcontroller as control kernal， the multi-point temperature measurement is completed combining with RS485 and the data is sent to the host display， it is easy to monitor the host site and dispose the situation timely. The design achieves the desired results by using the keilc software compilation and proteus7.5 simulation.

Keywords: mono-bus; DS18B20; multi-point temperature measurement; AT89C51

0 引 言

多點測溫系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域及其國民生產(chǎn)中有廣泛的用途[1]。如在化工領(lǐng)域中，經(jīng)常需要檢測和控制反應(yīng)釜中的液體的溫度，使之能夠穩(wěn)定在一定的溫度范圍之內(nèi)[2];在糧食儲存以及加工過程中，會儲存高水分的糧食，高水分的糧食極易升溫發(fā)霉，因此糧食儲存的測溫顯得尤為重要[3]。以往的測溫系統(tǒng)多采用熱敏電阻，精度低、易損壞，且模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好地解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術(shù)問題[4-5]，才能夠達到較高的測量精度。

因此，在溫度測量系統(tǒng)中，具有足夠的精度和實時性，控制足夠的精度，并且盡可能具有較低的成本，這樣的產(chǎn)品才具有實用價值。本文采用新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，以單片機AT89C51為控制核心完成多點測溫的可行性設(shè)計方案。

1 DS18B20芯片特性及管腳介紹

1.1 DS18B20芯片特性

DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器是新一代溫度傳感器，它具有微型化、低功耗，與其他溫度傳感器相比，具有以下特性:供電電源為3.0～5.5 V;獨特的單線接口方式，支持多點組網(wǎng)功能;溫范圍為-55～+125 ℃，在-10～+85 ℃時精度為±0.5 ℃;可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5 ℃，0.25 ℃，0.125 ℃和0.062 5 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫[6];轉(zhuǎn)換速度快;具有極強的抗干擾糾錯能力;電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

1.2 DS18B20引腳功能

DS18B20有2種封裝形式:3腳TO-92直插式(用的最多、最普遍的封裝)和8腳SOIC貼片式，封裝引腳如圖1所示。

圖1 DS18B20芯片管腳圖

DS18B20各引腳的功能如表1所示。

2 DS18B20的控制時序

硬件結(jié)構(gòu)的簡單是以相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS18B20與單片機間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，它們之間有嚴格的時隙概念。單線信號包括復(fù)位脈沖、響應(yīng)脈沖、寫“0”、寫“1”、讀“1”、讀“0”[7]。

(1) 初始化。時序見圖2(a)，主機總線t0時刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480 μs的低電平信號)接著在t1時刻釋放總線并進入接收狀態(tài)DSl820在檢測到總線的上升沿之后等待15~60 μs，接著DS1820在t2時刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60~240 μs)，如圖中虛線所示。

表1 DS18B20引腳定義

引腳定義

GND電源負極接地

DQ信號輸入輸出總線

VDD電源正極

NC空

初始化時序、讀/寫時序分別如圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)所示。

(2) 寫時間隙。當(dāng)主機總線t0時刻從高拉至低電平時，產(chǎn)生寫時間隙，見圖2(b)。從t0時刻開始15 μs之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DSl820在t后15~60 μs間對總線采樣，若低電平寫入的位是0，若高電平寫入的位是14;連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1 μs(見圖2(c))。主機總線t0時刻從高拉至低電平時，總線只需保持低電平15 μs之后，在t1時刻將總線拉高產(chǎn)生讀時間隙，讀時間隙在t1時刻后到t2時刻前(約15 μs)產(chǎn)生讀時隙，t3時刻前主機必須完成讀位，然后將總線釋放。

3 硬件電路設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。 該系統(tǒng)以單片機AT89C51為核心，由溫度傳感器DS18B20、開關(guān)和LCD顯示電路等構(gòu)成。其中第一個單片機作為從機，進行8個溫度傳感器的采集，從機通過485接口與主機可以遠距離相連，主機接開關(guān)，同時接液晶顯示，如果主機想知道某點的溫度可以通過合上某個開關(guān)檢測到相應(yīng)點的溫度，以做到實時監(jiān)控[8]。

圖2 初始化時序和讀/寫時充

3.2 數(shù)據(jù)采集

Atmel的AT89C51單片機，內(nèi)有4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器，128 B的數(shù)據(jù)存儲器空間，可直接推動LCD。由溫度傳感器DS18B20采集被控對象的實時溫度，提供給從機AT89C51的P1.1口，作為數(shù)據(jù)輸入[9-10]。

3.3 接口電路

主機的P2口接8個開關(guān)，P0與LCD相連，每條行線接10 kΩ的電阻到電源，作為上拉電阻。P2口的P0.1~P0.2作為液晶控制讀/寫使能端，P0.4~P0.7為LCD數(shù)據(jù)端口。

圖3 單片機AT89S52與AD9850連接電路圖

4 軟件部分設(shè)計

通過以上分析計算，在加上軟件編程如圖4所示，即可得到多點測溫。ROM的匹配先要另外寫一個程序讀取每個DS18B20的64位序列號，匹配時只需按照像往DS18B20里寫命令操作一樣即可。

5 結(jié) 語

本文在介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20的基礎(chǔ)上，采用AT89C51單片機設(shè)計多點采集溫度系統(tǒng)的方案，并給出了重要電路圖和初始化DS18B20程序。該方案采用從機采集多點溫度，主機顯示溫度，主、從機之間通過RS 485通信，且具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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