【摘 要】本文介紹了一種基于DS18B20的高精度數(shù)字溫度計(jì)，該系統(tǒng)以單總線(xiàn)式數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測(cè)溫傳感器，數(shù)字溫度計(jì)是由單片機(jī)STC11F01控制，實(shí)現(xiàn)功能為實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，四位顯示溫度0.00-99.99℃，并能根據(jù)程序設(shè)定的特定溫度進(jìn)行聲音報(bào)警和繼電器動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)了讀數(shù)方便、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練、測(cè)量準(zhǔn)確的測(cè)量效果，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的溫度測(cè)量。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字溫度計(jì)；測(cè)溫傳感器；系統(tǒng)

1.引言

日常生活中溫度測(cè)量占用非常重要的地位，人們每天通過(guò)天氣預(yù)報(bào)關(guān)注當(dāng)天的溫度，工業(yè)中鍛造高性能的產(chǎn)品，對(duì)于溫度的控制至關(guān)重要，生活上人們感覺(jué)身體不舒服時(shí)首先通過(guò)體溫計(jì)測(cè)量溫度，根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行治療，溫度過(guò)高或過(guò)低會(huì)對(duì)人的身體產(chǎn)生非常大的傷害。當(dāng)前常見(jiàn)測(cè)量溫度的基本是模擬式溫度計(jì)，并且測(cè)量誤差較大，測(cè)量讀數(shù)不準(zhǔn)確，所以研究一種簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的高精度數(shù)字溫度計(jì)非常重要。本文就是基本以上原因，在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種高精度的數(shù)字溫度計(jì)，以適應(yīng)當(dāng)前的工農(nóng)業(yè)及生活的需要。

2.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組成

該數(shù)字溫度計(jì)電路系統(tǒng)是由電源部分、單片機(jī)主控電路、溫度傳感器電路、顯示電路、蜂鳴器和繼電器驅(qū)動(dòng)電路、串口通訊電路等組成。設(shè)計(jì)電路合理，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

2.2 系統(tǒng)硬件介紹

2.2.1 溫度傳感器

系統(tǒng)溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線(xiàn)式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它具有高性能、低功耗、微型化、抗干擾能力強(qiáng)、易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（提供9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)傳感器芯片。DS18B20具有3引腳，TO-92小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍廣（一般為-55℃～+125℃），可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。

2.2.2 單片機(jī)

采用宏晶科技研究開(kāi)發(fā)的STC11F01單片機(jī)，該單片機(jī)具有加密性強(qiáng)、超強(qiáng)抗干擾、超強(qiáng)抗靜電（整機(jī)可過(guò)兩萬(wàn)伏靜電測(cè)試）、速度快，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，可用低頻晶振，大幅降低EMI等特點(diǎn)。另外該單片機(jī)輸入/輸出端口多，最多有40個(gè)I/O，復(fù)位腳如果I/O口使用，可以省去外部電路。還有其具有超低功耗，空閑模式功耗<1.3MA，正常工作模式：2-7MA，使用與電池供電系統(tǒng)。

單片機(jī)STC11F01引腳功能

RST（1腳）：強(qiáng)制復(fù)位端；

RXD（2腳）：串行輸入口；

TXD（3腳）：串行輸出口；

XTAL1、XTAL2（5、4腳）：時(shí)鐘電路引腳；

（6、7腳）：外部中斷輸入口；

T0、T1（8、9腳）：定時(shí)/計(jì)數(shù)口；

Gnd（10腳）：接地端；

P1.0～P1.7（12～19腳）：輸入輸出端口；

VCC（20腳）：電源端+5V。

圖1 STC11F01引腳圖

2.3 電路硬件設(shè)計(jì)

2.3.1 電源電路設(shè)計(jì)

串聯(lián)穩(wěn)壓電路接通220V的交流電后，經(jīng)降壓、整流、濾波后得到12V電壓，再經(jīng)數(shù)字溫度計(jì)電源電路穩(wěn)壓、濾波得到5V電壓。

圖2 系統(tǒng)電源電路

2.3.2 單片機(jī)與溫度傳感器電路設(shè)計(jì)

溫度傳感器DS18B20探測(cè)環(huán)境溫度，由5V電源供電，內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將此信號(hào)由2腳經(jīng)上拉電阻送入單片機(jī)STC11F01的P3.7口，經(jīng)單片機(jī)程序處理將數(shù)據(jù)顯示到四位數(shù)碼管。

圖3 單片機(jī)與溫度傳感器設(shè)計(jì)圖

當(dāng)按下單片機(jī)STC11F01的K1鍵時(shí)，由RST引腳進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位。

2.3.3 顯示電路設(shè)計(jì)

顯示電路由動(dòng)態(tài)顯示控制電路、電源驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)總線(xiàn)構(gòu)成，四位數(shù)碼管顯示電路采用共陽(yáng)極接法，由三極管Q1、Q2、Q3、Q4控制（Q1-Q4三極管均為8550），當(dāng)單片機(jī)的2、3、6、7引腳使得三極管8550的基極為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，相應(yīng)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)工作，數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容由單片機(jī)的P1.0～P1.7經(jīng)總線(xiàn)傳送到數(shù)碼管。

圖4 顯示電路設(shè)計(jì)圖

2.3.4 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路由開(kāi)關(guān)三級(jí)管Q5控制，當(dāng)溫度超過(guò)35℃時(shí)，單片機(jī)的T0口為低電平，使三極管Q5導(dǎo)通，蜂鳴器工作，當(dāng)溫度低于35℃時(shí)，T0口為高電平，三極管Q5截止，蜂鳴器停止工作。

圖5 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖

串口通訊電路由串口控制芯片MAX232CPE實(shí)現(xiàn)，可通過(guò)串行口與微機(jī)或其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.結(jié)束語(yǔ)

采用DS18B20的高精度溫度傳感器為測(cè)溫傳感器，以數(shù)碼顯示的方式設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)，精確度高、測(cè)溫速度快；應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，既可測(cè)量體溫，也可測(cè)量空氣、食物、水等物質(zhì)的溫度，量程大；操作使用方便，不僅適合普通家庭也適合某些需要語(yǔ)音提示的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周克輝.基于單片機(jī)控制的DS18B20數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)[J].湖南農(nóng)機(jī)，2010（11）.

[2]丁元杰.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，2.

[3]張?jiān)?基于DS18B20溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì)[J].微電子學(xué)，2007（10）.