基于DS18B20温度传感器的数字温度计课程设计.doc

基于DS18B20温度传感器的数字温度计课程设计
摘要
本文设计了一种基于AT89C51 单片机与DS18B20 的温度测量装置。通过AT89C51 单片机驱动数字温度传感器DS18B20，进行温度数据采集、读取、处理，并通过数码管显示出来。该系统还可扩展成为多点温度采集系统。

关键词：温度、控制、监测。

方案论证：
1、温度传感器：
方案一：采用热敏电阻可满足方案要求，但热敏电阻精度低，重复性和可靠性差，对于精度要求较高的温度不适用，而且采用热敏电阻要求复杂的电路和算法，增加了设计复杂度。
方案二采用专用的集成温度传感器（如AD590、LM35/LM45）和数字化温度传感器（DS18B20、DS1620）测温，数字化温度传感器具有接口简单、直接数字量输出、精确度高等优点。DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，一线总线独特而且经济的的特点，使用户可轻松的组件传感网络，它的温度测量范围为-55~+125℃，在-10~+85℃范围内，精度为+0.5℃。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，适合于恶劣环境的温度测量，如：环境控制、设备活过程控制、温度类消费电子产品等DS18B20支持3~5.5V的电压范围，是系统设计更灵活，更方便，更便宜，体积更小，DS18B20可疑程序设定9~12位的分辨率，精度为+0.5℃，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2RPOM中，掉电后依然保存。因此本方案选用DS18B20作为温度测量传感器。
2、单片机系统，电源模块。显示模块
由于本课程设计是基于已有的AT89C51单片机，该单片机需要仿真实现软硬件的调试，所以电源采用电脑供电，显示模块采用单片机上的共阴数码管。
3、确定方案：
为了其智能性和通用性，本方案采用已有的AT89c51单片机作为控制器，单总线温度传感器DS18B20进行温度采集，由于AT89C51需用电脑进行软硬件的调试，因此电源模块采用单片机电源供电，显示模块采用单片机上的共阴数码管。
一、 电路与程序设计：
1、 总体设计：
本方案设计的系统有按键控制模块、单片机系统、温度传感器模块。数码管显示模块。存储模块、报警系统模块、串口通信模块和电源模块组成，总体构架如图：
程 序 控 制
温度传感器模块
按键模块
存储模块

单
片机系统

数码管显示系统
电 源 模 块
报警模块

2、 温度采集电路的设计：
设计原理：DS18B20的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。在上电状态下默认的精度为12位。DS18B20启动后保持低功耗等待状态；当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出[44h]命令。在那之后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。当DS18B20由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时序”（见单总线系统节），DS18B20正在温度转换中返回0,转换结束返回1。如果DS18B20由寄生电源电，除非在进入温度转换时总线被一个强上拉拉高，否则将不会由返回值。

电路如上图所示。

3、 报警电路的设计：
设计原理：DS18B20完成一次温度转换后，就拿温度值与和存储在TH和TL中一个字节的用户自定义的报警预置值进行比较。标志位（S）指出温度值的正负：正数S=0,负数S=1。TH和TL寄存器是非易失性的，所以它们在掉电时仍然保存数据。
TH 和TL 寄存器格式

当TH和TL为8位寄存器时，4位温度寄存器中的11个位用来和TH、TL进行比
较。如果测得的温度高于TH 或低于TL，报警条件成立，DS18B20 内部就会置位一个报警标识。每进行一次测温就对这个标识进行一次更新；因此，如果报警条件不成立了，在下一次温度转换后报警标识将被移去。总线控制器通过发出报警搜索命令[ECh]检测总线上所有的DS18B20 报警标识。任何置位报警标识的DS18B20将响应这条命令，所以总线控制器能精确定位每一个满足报警条件的DS18B20。如果报警条件成立，而TH或TL的设置已经改变，另一个温度转换将重新确认报警条件。

4、 报警子程序：

5、 显示子程序：

二、 测试方案与测试结果：
1、 测试方案及测试条件：

2、 测试结果及其完整性：

3、 测试结果分析：

三、 附录：
1、 元器件清单：

2、