DS18B20温度数据采集系统

《DS18B20温度数据采集系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DS18B20温度数据采集系统（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、目录摘要2一、绪论3二、系统方案实现321 .设计要求322设计方案论证323总体设计框图4三、主要硬件介绍43.1 .DS18B2043.1.1 DS18B20的主要特性43.1.2 DS18B20的外形和内部结构53.1.3 DS18B20 工作原理63.1.4 高速暂存存储器73.2 AT89C518四、软件介绍94.1 功能概述94.2 系统软件流程图94.2.1 程序9L度子程序10：换命令子程序114.3 具体程序11五、总结22六：曾计SS芨吝高谖埔惹瓦二二二二二二二二二二二二二二二22参考文献23摘要本文基于DS18B20设计了一种温度数据采集系统，系统主要由AT89c51单片

2、机，一个 OS18B20数字温度传感器以及一个液晶数码管构成。软件方面，我们采用kcil。软件对程 序进行编写以及调试，硬件方面，我们通过Proteus软件对硬件电路进行仿真以及测试，该 系统结构简单，功耗较低，测温范围为-50+ 255 o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。该系统硬件 分为3部分：DS18B20温度测量模块、单片机模块、显示模块。关键词：DS18B20、7SEG-MPX4 液晶数码管、AT89C51一、绪论在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控 参数。其中，温度控制也越来越重

3、要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热 炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅 具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而 大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是工业生产中经常会遇到的 控制问题。目前应用的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换 器及单片机等组成的传输系统。这种温度采集系统需要大量的测温电缆，才能把现场 传感器的信号送到采集卡上.安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟 信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决

4、 定。针对这种情况，本文提出一种采用数字化单总线技术的温度采集系统，并利用Proteus 和KciljiVision 2软件对设计电路进行综合虚拟仿真，实现了温度实时测量和显示。二、系统方案实现2.1 .设计要求(1)要实现LED数码直读显示当前温度值；(2)温度检测范围-55到12522设计方案论证2.1.1 方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随 被测温 度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据 的处理，示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路， 感温电路比较麻烦。2.1.2 方案二进而考虑到用温度

5、传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这 是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器，可以很容易 直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。23总体设计框图系统主要由硬件和软件两大部分构成，当接收到系统发出的温度转换命令后， DS18B20开始进行温度转换操作并把转化后的结果放到16位暂存寄存器中的温度寄存 器内，然后与系统进行数据通信，系统将温度读出并驱动LED数码管显示。如杲温 度值低于设定下限值或高于设定上限值，则自动启动报警装置。由于DS18B20单

6、总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。该系统结构图：01三、主要硬件介绍3.1.DS18B203.1.1 DS18B20的主要特性(1)适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电 (2)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(3) DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组 网多点测温(4) DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如 一只三极管的集成电路内(5)温范围一55+ 125,在-1

7、0+85时精度为0.5(6)可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625 ,可实现高精度测温(7)在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快(8)测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送 CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力(9)负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3.1.2 DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感非挥发的温 度报警触发器TH和TL、配置寄存

8、器。DS18B20的外形及管脚排列如下图：电源检测高速翊存储器低尉蛾器IL高逐蛾:器用配置寄存器温度灵敏元件图2: DS18B20外形及引脚排列图DS18B20引脚定义：(1) GND为电源地；(2) DQ为数字信号输入/输出端；VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)切立和接口3.1.3 DS18B20工作原理OS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是簿到的温度值的位数因 分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750mso DS18B20测温原 理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频 率的脉冲信号送给计数器1。高温度

9、系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产 生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在一55所对应 的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数 器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入， 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。时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温 度。PS18B20有4个主要的数据部件：(1)光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位(28H)是产品类

10、型标号，接着 的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码 (CRC=X8+X5+X4+1) o光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样 就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。(2) DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：16位符 号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，到的数 值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取 反加1再乘于0.0625即可得到实

11、际温度。例如+125的数字输出为07P0H, +25.0625的数字输出为0191H, -25.0625的数 字输出为FF6FH, -55的数字输出为FC90H。(3) DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦 除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。(4)配置寄存器 该字节各位的意义如下表1：配置寄存器结构TMR1R011111低五位一直都是“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,用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率

12、, 如下表所示：(DS18B20出厂时被设置为12位)表2：温度分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms3.1.4 高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5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。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，数据梏式如表1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。表2是对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检

13、验 字节。表3： DS18B20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位(LSBytc)0温度值高位(MS Byte)1高温限值(TH)2低温限值(TL)3配置寄存器4保留5保留一6保留7CRC校验值8根据DS18B20的通讯协议，主机(单片机)控制DS18B20完成温度转换必须经过 三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM 指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后 发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成

14、功。表4: ROM指令表指令约定代码功能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问 单总线上与该编码相对应的DS1820使之作出响应， 为下一步对该PS1820的读写作准笛。搜索ROMOFOH用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。为操作各器件作好准备。跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换 命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片亍才做出 响应。表5： RAM指令表指令约定代码功能温度变换44H启动DS1820

15、进行温度转换，12位转换时最长为750ms （9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命 一令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。_复制暂存器48H将RAM中第3、4甘节的内容复制到EEPROM中。重调EEPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。读供电方式0B4H读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送 “0”，外接电源供电DS1820发送“ 1 ”。3.2 AT89C51AT89c51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytcs 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,