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1、滁州学院毕业设计1数字式多路温度采集系统设计摘要:传统的温度传感器，其输出大都是是模拟量，而现在的智能仪表需要使用数字量，有些时候还要将测量结果以数字量输入计算机，由于要将模拟量转换为数字量，其实现环节就变得非常复杂。硬件上需要模拟开关、恒流源、D/A 转换器，放大器等，结构庞大，安装困难，造价昂贵。本设计中采用新兴的 IC 温度传感器如 DS18B20，由于可以直接输出温度转换后的数字量，可以在保证测量精度的情况下，大大简化系统软硬件设计。在当前微机非常普及的情况下，可以将单片机采集的数据输入微机，利用微机强大的计算、显示、输入输出能力，使原有系统的功能进一步增强。在这次设计中我主要完成了硬
2、件的制作以及其与微机的联接。以及原理图的绘制和程序的调试。关键词：DS18B20；多路温度采集；单总线；LabVIEW；搜索 ROMDigital multi-channel temperature gathering system designAbstract：The traditional temperature sensor, its output is mostly simulates the quantity, but presents intelligent measuring appliance needs to use the digital quantity, some ti
3、me must the measurement result by the digital quantity input computer, because must transform the simulation quantity into the digital quantity, it realizes the link becomes very complex. On the hardware needs the analog switch, the constant current, the D/A switch, the amplifier and so on, the stru
4、cture is huge, the installment difficulty, the construction cost is expensive. In this design uses emerging IC temperature sensor like DS18B20, because after may the direct output temperature transform the digital quantity, may in the guarantee measuring accuracy situation, simplify the system softw
5、are and hardware design greatly. In the current microcomputer very popular situation, may data feeds monolithic integrated circuit gathering the microcomputer, using the microcomputer formidable computation, the demonstration, the input output capacity, makes the original systems function to further
6、 strengthen. I have mainly completed hardwares manufacture in this design as well as its and microcomputers joint. As well as schematic diagram plan and procedure debugging. I obtained the integrated circuit which in this design might use some already to develop to replace the former complex transfo
7、rmation, for example in this designs use IC sensor started replaces digital-analog conversion establishment, and has obtained the success. From the analogy world many installments may use a simpler more direct instrument now to replace. Key words:DS18B20；Multi-channel temperature acquirement； Wire i
8、nterface；LabVIEW； search ROM滁州学院毕业设计21. 概 述传统的温度传感器，如热电偶温度传感器，具有精度高，测量范围大，响应快等优点。但由于其输出的是模拟量，而现在的智能仪表需要使用数字量，有些时候还要将测量结果以数字量输入计算机，由于要将模拟量转换为数字量，其实现环节就变得非常复杂。硬件上需要模拟开关、恒流源、D/A 转换器，放大器等，结构庞大，安装困难，造价昂贵。新兴的 IC 温度传感器如 DS18B20，由于可以直接输出温度转换后的数字量，可以在保证测量精度的情况下，大大简化系统软硬件设计。这种传感器的测温范围有一定限制（大多在50120） ，多适用于环境温度
9、的测量。DS18B20 可以在一根数据线上挂接多个传感器， 只需要三根线就可以实现远距离多点温度测量。利用单片机可以较方便地实现对 IC 温度传感器的操作，但要实现数据的可视化、保存和程序对硬件扩展有一定的适应性，利用传统的单片机系统的显示和输入输出系统，不仅程序庞大，硬件复杂，而且功能有限。在当前微机非常普及的情况下，可以将单片机采集的数据输入微机，利用微机强大的计算、显示、输入输出能力，使原有系统的功能进一步增强。基于 G 语言的虚拟仪器编程工具 LabVIEW 由于其图形化的形象直观的编程方式和功能强大的函数库为这一方案的实现提供了一种简捷、有效的工具。LabVIEW 使用图形语言（即各
10、种图标、图形符号、连线等）编程，使用的都是人们熟悉的旋钮、开关、波形图等，界面非常直观形象。利用 LabVIEW 提供的串口通讯模块可以非常方便地实现计算机的串口和单片机串口的通讯，从而将数据导入计算机，处理、显示、保存。1.1 DS18B20 温度传感器简介DS18B20 是 DALLAS 推出的接触式温度传感器，它使用了在板（on-board）专利技术，全部传感器和数字转换电路都集成在一个三极管大小的芯片中。它只有三个引脚（GND、DQ、VDD） ，通过一根数据线，它可以直接输出温度的数字量， DS18B20 传感器的特点主要有： 单总线接口，只需要一根数据线就可完成通讯功能 测量范围为-
11、55125 测量温度为-10+85时，测量精度为0.5 可编程实现转换分辨率为 9 位、10 位、11 位或 12 位，完成 12 位温度转换最多需要 750ms，分辨率越低，转换时间越短 每一个传感器内固化 64 位的唯一序列号（即每一个传感器都有一个特定的 ID） ，通过该序列号，可以唯一地选择该传感器。这种设计使得在一根数据线上连接多滁州学院毕业设计3个传感器成为可能1.1.1 单总线的读写时序要在一根数据线上准确无误地完成数据的双向传输，对数据的传输时序必然要有严格的要求。单片机的写时序如图 1-1，单片机将数据线拉至低电平保持 115us，然后将数据送到数据线上，60us 后释放总线
12、。传感器将会在 1560us（典型值为 30us）时从数据线上读入数据。每两个写时序的间隔必须大于 1us。单片机的读时序与此类似，单片机将数据线拉至低电平后，延时 1560us（典型值为 30us） ，然后读入数据。图 1-1 DS18B20 的写时序1.1.2 传感器的常用命令单片机向传感器发送命令实际上就是按照写时序将命令字，从低位到高位依次发送到数据线。 （1） 初始化：初始化实际上是一个复位脉冲，单片机将数据线从高电平拉至低电平持续 480960us，然后释放数据线，60us 后如果从数据线读到低电平（持续 60240us） ，表明传感器与单片机连接无误。初始化命令可以使所有传感器结
13、束前一个命令的响应状态，准备接收新的命令；（2） Match ROM（55H） （匹配 ROM）：单片机发送该命令后，紧接着发送一个 64 位二进制序列，序列号与该序列相同的传感器就被选中，在发送初始化脉冲之前，只有该传感器响应接下来的命令；（3） Skip ROM（0CCH） （忽略 ROM）：该命令可以使所有传感器都响应随后的命令，如果总线上只有一个传感器，使用该命令，不需要序列号就可以完成温度的转换、读出等操作，但如果有多个传感器，读出温度数据时就会有冲突。在多路采集中，可以利用该命令使多个传感器同时启动温度转换，同时完成，缩短了温度采集的时间。（4） Search ROM（0F0H）
14、（搜索 ROM）：该命令可以启动搜索温度传感器序列号的操作，单片机借助特定的算法，根据传感器的响应，可以读出总线上所有传感器的序列号。（5） Convert T（44H） （转换温度）：该命令可以使传感器开始温度转换，结果数据位数不同，温度转换的时间也不同，结果为 12 位时，需要 750ms，结果为 11 位时，需要 375ms， 10 位， 187.5ms，9 位，93.75ms。（6） Read Scratchpad（0BEH） （读结果寄存器）：传感器接收到该命令后，将滁州学院毕业设计4把结果寄存器中的数据依次发送到数据线，单片机此时就可以读入数据。该寄存器中，前两个字节存放温度转换后
15、的结果。其格式如下，高字节的高五位为符号位。1.1.3 测量方案设计方案一（图 1-2 a）：将所有传感器的数据线接在一起，形成单总线结构，与单片机的一个双向口相连。AT24C16 为非易失性存储器，其中建立一个序列号表，按顺序存放各路传感器的序列号。由于每一个 DS18B20 都与一个唯一的标识码对应，对特定传感器的操作只有在发送该传感器的序列号来选通该传感器之后才能进行。因此，发送标识码的顺序也就决定了读取温度值的顺序，程序运行时，首先向所有传感器发送温度转换命令，再按顺序从 24C16 中读取序列号，匹配 ROM，选中该路传感器，读出温度，这样就可以完成多路的顺序采集。如果更换某一个传感
16、器或增加传感器，就需要搜索 ROM 程序来查出新传感器的序列号，并写入到 24C16 的对应位置上。如果要删去某一路传感器，也需要删去 24C16 中对应的序列号。该方案的优点是，结构简洁，远距离测量时，布线简单；由于可以同时对所有传感器发启动转换的命令，然后逐路读取，采集时间间隔较小（1s 左右） ；系统扩展时也不需要添加其他硬件。缺点是，程序编制复杂，需要搜索传感器序列号的程序。a. 单总线结构b. 模拟开关控制 图 1-2 多个 DS18B20 与单片机的连接方案二（图 1-2 b） ，通过控制模拟开关来顺序选通各路传感器，然后对该路启动温度转换，读取温度值。它的优点是可以忽略传感器的序列号，可以任意更换传感器而程序中不需要作特殊的处理，简化了程序设计。缺点是：需要模拟开关控制，远距离测量时，每一路需要一根数据线，布线复杂；测量全部通道的时间是每一路时间的累加，测量时间长；扩展时，硬件和软件都需要修改。综合考虑，方案一具有更大的实用性，更良好的扩展性，更能充分发挥 DS18B20 的设计优点，
