单线数字温度传感器

单线数字温度传感器（共5篇）

单线数字温度传感器 篇1

1. 引言

为了满足现代工、农业对温度监测和控制的要求, 温度采集器必须朝着小型、高速和高稳定性的方向发展。而传统的温度采集系统一般是基于模拟的温度传感器, 得到模拟信号处理后再经过周A/D转换得到数字信号。一方面, 模拟信号在处理和传输过程中极易受到干扰而影响温度采集的精度和稳定性;另一方面, 高精度A/D转换器价格较高而影响系统的成本, 使得整个温度采集系统的性价比降低。随着现代科学技术的飞速发展, 特别是大规模集成电路设计技术的发展, 微型化、集成化、数字化、智能化正成为温度传感器发展的一个重要方向。针对这种情况, 研究和改进多点温度的监测具有现实的意义。

2. 硬件组成

数字温度传感器可通过串行口, 也可通过其它I/O口线与微机接口, 无须经过其它变换电路, 直接输出被测温度值。因此, 利用数字温度传感器对多点温度进行测量时非常好的解决方案。本设计以AT89S52单片机为控制单元、温度传感器DS18B20为主要检测器件, 实现多路温度的测量、显示、存储和报警。本设计使用C语言进行设计开发, 采用Proteus7.4进行电路的设计并仿真, 实现:八路温度循环检测, 超限自动报警还可固定其中一路检测, 测量温度的同时, 还能记录当时的时间, 并存储到EEPROM中, 温度测量范围为-10℃～+100℃, 精度为±0.5℃。系统设计的总框图如图1所示。

3. 软件设计

系统程序主要包括主程序, 读DS18B20序列号程序, 读出温度子程序, 写温度子程序, 温度换命令子程序, 计算温度子程序, 存储子程序, 液晶显示子程序等。主程序主要是对DS18B20进行匹配, 读取温度, 显示温度, 存储信息以及报警, 系统设计主流程图见图2。

4. 结论

由于温度传感器逐渐向着数字化、智能化的方向发展, 目前基于温度探测的监控或者报警系统也产生了深刻的变化。电路设计得更简单, 也部分简化了软件的编写。另外, 无论是响应速度、系统运行周期、抗干扰能力、支持总线功能等等指标, 都大大优于传统的、基于模拟传感器的测温系统。

参考文献

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单线数字温度传感器 篇2

20世纪60年代以来,数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)伴随着计算机和通信技术得到飞速发展,应用领域也越来越广泛。在温度控制方面,尤其是固体激光器的温度控制,受其工作环境和条件的影响,温度的精度要求比较严格,之前国内外关于温度控制基本上都采用温度敏感电阻来测量温度,然后用风冷或者水冷方式来达到温度控制效果,精度不够且体积大。本文基于DSP芯片TMS320F2812与数字温度传感器DS18B20设计出一个温度测量系统,根据测量所得的温度与设定的参量,并利用模糊PID算法计算出控制量,利用该控制量调节由DSP事件管理器产生PWM波的占空比,并作用于半导体制冷器,以达到温度控制效果,实现控制精度高,体积小的温度控制系统[1]。

1 系统硬件组成

1.1 DS18B20功能结构与使用

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55~+125 ℃;可编程为9~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.062 5 ℃;CPU只需一根埠线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适合用于远距离多点温度检测系统中。

DS18B20的管脚排列如图1所示。DQ为数字信号输人/输出端;GND为接地;VDD为外接供电电源输人端(在寄生电源接线方式时接地)。

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供[2],以0.062 5 ℃/LSB形式表达,其中S为符号位。例如+125 ℃的数字输出为07DOH, +25.062 5 ℃的数字输出为0191H, -25.062 5 ℃ 的数字输出为FF6FH,-55 ℃的数字输出为FC90H。

1.2 DSP介绍

这里所用DSP为TMS320F2812,它是美国TI公司新推出的低价位、高性能的16位定点DSP,是专为控制应用系统而设计的[3],其主频可达150 MHz,本系统中所用晶振为45 MHz,片内集成了外围设备接口,主要起控制和计算作用。

1.3 半导体制冷器简介

半导体制冷器是根据帕尔贴效应制成的,由两种不同金属组成一对热电偶,当热电偶迈入直流电流后因直流电通入的方向不同,将在热电偶结点处产生吸热和放热现象。制冷器结构如图2所示[4]。

把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接成一个电偶对。当直流电流从N极流向P极时,上端产生吸热现象,此端称冷端,下端产生放热现象,此端称热端,如果电流方向反过来,则冷热端相互转换。

1.4 硬件连接

DS18B20与DSP连接主要有两种方式:寄生电源方式和外部供电方式。本文采用外部供电方式,其中18B20的DQ口与F2812的GPIOA0口连接,具体连接如图3所示。

2 温度测量

要进行温度控制,首先要测量所控制目标的温度值,在本系统中,具体使用数字温度传感器DS18B20与DSP结合,并利用CCS编写程序,本系统开发平台为CCS 2.2,前期安装及芯片设置在此省略[5,6],程序流程如图4所示。

DS18B20的控制包括三种时序:复位、写时序、读时序[7]。

复位:主机总线在t0时刻发送一个复位脉冲(最短为480 μs的低电平信号),接着在t1时刻释放总线并进入接收状态;DSl820在检测到总线的上升沿之后等待15~60 μs,接着在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60~240 μs)。

写时序:对于DS18B20的写时序分为写0时序和写1时序两个过程。写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,总线要被拉低至少60 μs,保证DS18B20能够在15~45 μs之间正确地采样I/O总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15 μs之内就得释放单总线。写数据持续时间应大于60 μs且小于120 μs,两次写操作时间间隔要大于1 μs。

读时序:对于DS18B20的读时序同样分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时序是从DSP把单总线拉低之后,在15 s之内就得释放单总线,以便让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60 μs才能完成。

需要注意的是,在程序编写时不管是复位,还是读写,都要注意配置GPIOA0端口的状态(输入或输出),同时时序非常重要,本文中的延时都是经过多次测试后总结出来的,根据DSP芯片的晶振不同,延时程序都会改变,否则DS18B20不会正常工作。

3 温度控制

3.1 脉宽调制PWM输出

TMS320F2812的事件管理模块总共能输出16路PWM信号,文中仅需要输出一路占空比可调的PWM信号,并设计从PWM1引脚输出该方波信号。文中选用通用定时器1(T1) 作为时基;全比较单元1保存调制值;计数方式采用连续增计数模式。PWM占空比值与T1的三角波数据比较,输出PWM信号控制半导体制冷片工作。各寄存器设置如下(高速外设时钟为22.5 MHz)[8,9]:

EvaRegs.ACTR.all=0x0006; //通过对比较方式控制寄存器的配置

EvaRegs.T1PR=5000; //定时器1周期值0.365 μs*N

EvaRegs.T1CMPR=2500; //定时器1比较值

EvaRegs.T1CNT=0; //定时器1初值设为0

EvaRegs.T1CON.all=0x144E; //连续增模式,TRS系数45M/2/16,T1使能

EvaRegs.CMPR1=1500; //占空比

文中设计的PWM周期为1.825 ms,TMS320F2812的计数器记数范围为0~5DC。因此当系统装入CMPR1寄存器的值为0或5DCH时,输出恒为高电平或低电平。现以向CMPR1写入1 500为例,PWM1引脚的输出周期为1.825 ms的方波。

3.2 温度控制软件设计

根据前面叙述,用DS18B20读取温度采样值,再通过参数自整定的Fuzzy-PID算法对数据进行处理[10]:根据E和EC的状况,由模糊控制规律再通过模糊表推导出ΔKP,KI,KD,根据式(1)计算出KP,KI,KD的大小,再计算出U的初值和ΔU,由式(2)实时计算控制量U。通过参数转换,将U转换为PWM参数,修改EvaRegs.CMPR1的数值,改变PWM的占空比,从而控制TEC的制冷/制热功率。

$\begin{array}{l}{\rm K}{}_{\text{Ρ}}={\rm K}{}_{\text{Ρ}0}+f{}_1(E,E{}_{\text{C}})\\ {\rm K}{}_{\text{Ι}}={\rm K}{}_{\text{Ι}0}+f{}_2(E,E{}_{\text{C}})\\ {\rm K}{}_{\text{D}}={\rm K}{}_{\text{D}0}+f{}_3(E,E{}_{\text{C}})\\ U(k)=U(k-1)+\text{Δ}U(k-1)\end{array}(1)$

ΔU(k-1)=KP[E(k)-E(k-1)]+KIE(k)+

KD[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)] (2)

程序流程图如图5所示[10]。

3.3 实验结果

完成以上程序编写后,首先利用仿真器进行温度测量模拟,在标准温度计所得室温为31.2 ℃时,在CCS软件中利用快速观测窗口检测到的温度值为31.187 5 ℃。通过实验证明,在外界温度为31 ℃,采用默认设置(稳定温度为25 ℃)时,该温度控制系统能使被控物体的温度稳定在25 ℃,温度稳定时间小于100 s,精度可达到0.1 ℃以下,达到了工业控制要求。

4 结 语

利用DSP的高速处理能力,结合DS18B20精准的温度读取能力,以及利用CCS开发出温度控制系统。该温度控制系统中应用了Fuzzy-PID算法。设计目标是:在同样的控制精度条件下,使系统的过渡时间及超调量尽可能减小,以改善控制效果。采用复合控制,使系统能有效抑制纯滞后的影响,当参数变化较大以及有干扰时,仍能取得较好的控制效果。

参考文献

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单线数字温度传感器 篇3

关键词：单片机,温度控制,温度传感器

引言:温度是生活及生产中最基本的物理量, 它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在很多生产过程中, 温度的测量直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此, 温度的测量在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。近年来, 温度的检测在理论上发展比较成熟, 但在实际测量中, 如何保证快速实时地进行采样, 确保数据的正确传输, 仍然是目前需要解决的问题。

在温度的测量技术中, 接触式测温发展较早, 这种测量方法的优点是:简单、可靠、低廉, 测量精度较高, 一般能够测得真实温度;但由于检测元件热惯性的影响, 响应时间较长, 对热容量小的物体难以实现精确的测量, 并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温, 不能用于极高温测量, 难于测量运动物体的温度。非接触式测温是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法, 其优点是:不破坏被测温场, 可以测量热容量小的物体, 适于测量运动温度, 还可以测量区域的温度分布, 响应速度较快。但也存在测量误差较大, 仪表指示值一般仅代表表观温度, 结构复杂, 价格昂贵等缺点。因此, 在实际的测量中, 要根据具体的测量对象选择合适的测量方法, 在满足测量精度要求的前提下尽量减少人力和物力的投入。

1 温度测量系统的功能要求

温度测量系统主要分为两大部分:现场温度测量仪表和上位机程序。现场温度测量仪表主要用于建立标准的高精度温度场, 并在温度传感器将温度转换为数字信号后将现场温度信号传送到上位机。上位机程序负责接受下位机的数据并以作出相应的处理动作或供人工查询操作。

1.1 现场温度控制仪表

(1) 温度的测量和显示功能:对于工作现场的温度的实时测量, 显示实际的测量温度以及目标控制温度的值; (2) 工作参数的设定功能:温度测量现场仪表的工作参数可以重新设定, 方便根据实际的工作环境选择最佳的工作参数; (3) 远程通信功能:现场温度测量仪表可以把测得的温度的值、工作参数传送给上位机。

1.2 上位机程序:

(1) 串口通信功能:从PC机串口读取现场仪表传送上来的各项数据; (2) 界面显示:显示每台表的工作状态以及每台表所测量得到的温度值; (3) 历史数据的保存:把下位机传送上来的数据按年、月、日保存在PC机中可以供以后调档查看; (4) 打印功能:可以打印历史数据, 温度曲线。

2 温度测量系统的主要性能指标

输入种类:DS18B20数字输入;输入点数:1个;温度控制范围:-55℃~125℃;测量误差:<±0.5℃;显示:LED显示;通信接口:RS485

3 系统概述

欲对温度进行实时测量和监控, 必须要有一个现场测量, 显示, 现场修改参数, 并将测量结果直接传回上位机的完整系统.DS18B20数字温度传感器, 9位数字量表示温度值, 分辨率0.5℃, 且能在1秒内完成被测温度的数值转换.它的温度报警限设定值TH和TL存放在非易失性存储器中, 掉电后不会丢失, 并可自由设定, 因此对于随时调整现场温度监控监控报警标准提供了很大的便利.因此, 由温度传感器, 单片机, 上位机构成了一个闭环系统, 可随时监控现场温度并调整监控状态。

数字传感器采用美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器, 用于检测环境温度, 并将温度直接转换为数字信号。控制部分采用ATmega8单片机作为核心部件。采集到的温度通过LED显示输出。现场可采用键盘对系统进行简单的操作, 便于适应工业现场的多变需求。通过RS485通讯模块, 将采集到的信息传送给上位机, 便于上位机处理现场信号, 并发送指令给温度测量装置。

4 系统硬件设计

4.1 单片机概述

单片机诞生于20世纪70年代, 象Fairchid公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元 ( (Center Processing Unit, 也即常称的CPU) 和数据存储器 (RAM) 、程序存储器 (RAM) 及其他I/O通信口集成在一块芯片上, 构成一个最小的计算机系统, 而现代的单片机则加上了中断单元, 定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路, 使得单片机的功能越来越强大, 应用更广泛。

4.2 ATmega8单片机

ATmega8是ATMEL公司在2002年推出的一款新型的AVR高档单片机, 其芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路, 具备AVR高档单片机MEGE系列的全部性能和特点。由于采用了小引脚封装 (为DIP28和TQFP/MLF32) , 价格仅和低档单片机相当, 再加上AVR单片机的系统内在可编程特性, 使得无需购买昂贵的仿真器, 只需要一条编程下载线就可以进行单片机嵌入式系统的设计和开发, 这尤其适合非专业的研究人员掌握应用于系统的设计与开发。

ATmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RIS侧精简指令集) 结构的8bit单片机。AV R单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集连接在一起, 所有的工作寄存器都与ALU (算术逻辑单元) 直接相连, 实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问 (读/写) 2个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效率, 使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此, ATmega8可以达到将近1 MIPS/MHz的性能, 运行速度比普通的单片机高出10倍。

结语

ATmega8的主要性能特点如下: (1) 高性能、低功耗:8bit AVR微控制器, 先进的RISC精简指令集结构, 130条功能强大的指令, 大多数为单周期指令, 32个8B的通用工作寄存器, 工作在16MHz时具有16MIPS的性能;片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器。8 kB的Flash程序存储器, 可擦写次数大于10, 000次;512B的E2PRROM擦写次数至少100, 000次;支持可在线编程 ( (ISP) 和可应用自编程 ( (IAP) :可编程的程序加密位; (2) 丰富强大的外部接口性能:3个PWM通道, 可实现任意lbb以内的、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出;6通道A/D转换;一个12C的串行接口, 一个可编程的USART接口;一个支持主/从、收/发的SPI同步串行接口;2个带预分频的8b定时/计数器, 1个带预分频的16b定时/计数器;带片内RC振荡器的可编程看门狗定时器。正是由于这些特性才实现了系统中的温湿度检测、红外学习遥控等功能; (3) 特殊的微控制器性能:可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路:内部和外部共18个中断源:5种休眠模式 (空闲, ADC噪声抑制, 省电, 掉电, 待命) 。

参考文献

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单线数字温度传感器 篇4

1.1 DS18B20简介

DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。它具有以下8种特性:

(1) 独特的单线接口方式:DS18B20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;

(2) 在使用中不需要任何外围元件;

(3) 可用数据线供电, 电压范围:+3.0V~+5.5 V;

(4) 测温范围:-55℃~+125℃。固有测温分辨率为0.5℃;。 (5) 通过编程可实现9~12位的数字读数方式;

(6) 用户可自设定非易失性的报警上下限值;

(7) 支持多点组网功能, 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上, 实现多点测温;

(8) 负压特性, 电源极性接反时, 温度计不会因发热而烧毁, 但不能正常工作。

1.2 DS18B20的内部结构

DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装, 其内部结构框图如图1所示:

(1) 64位ROM的结构如下:

开始8位是产品类型的编号, 接着是每个器件的惟一的序号, 共有48位, 最后8位是前56位的CRC校验码, 这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

(2) 非易失性温度报警触发器TH和TL, 可通过软件写入用户报警上下限。

(3) 高速暂存存储器。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EP2RAM。后者用于存储TH, TL值。数据先写入RAM, 经校验后再传给EP2RAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节, 他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率, DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如下:

后5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决定温度转换的精度位数, 即是来设置分辨率, 如表1所示 (DS18B20出厂时被设置为12位) :

由表1可见, 设定的分辨率越高, 所需要的温度数据转换时间就越长。因此, 在实际应用中要在分辨率和转换时间两者之间进行权衡考虑。

高速暂存存储器除了配置寄存器外, 还有其它8个字节组成, 其分配如下所示。其中温度信息 (第1, 2字节) 、TH和TL值第3, 4字节、第6~8字节未用, 表现为全逻辑1;第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码, 可用来保证通信正确。

当DS18B20接收到温度转换命令后, 开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1, 2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, 数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。温度值格式如下:

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, 先将补码变换为原码, 再计算十进制值。表2中反映是一部分温度值。

DS18B20完成温度转换后, 就把测得的温度值与TH, TL作比较, 若T>TH或T

1.3 DS18B20的典型工作时序简介

(1) 复位时序。使用DS18B20时, 首先需将其复位, 然后才能执行其它命令。复位时, 主机将数据线激发为低电平并保持480μs~960μs, 然后释放数据线, 再由上拉电阻将数据线拉升15~60μs。然后再由DS18B20发出响应信号, 以将数据线激发成低电平60~240μs, 这样, 就完成了复位操作。其复位时序如图2所示:

(2) 写时序。在主机对DS18B20写数据 (主机对DS18B20发送各种命令) 时, 先将数据线激发为低电平, 该低电平应大于1μs。然后根据写“1”或写“0”来使数据线变高或继续为低。DS18B20将在数据线变成低电平后15μs~60μs对数据线进行采样。要求写入DS18B20的数据持续时间应大于60μs而小于120μs, 两次写数据之间的时间间隔应大于1μs。写时隙的时序如图3所示:

(3) 读时序。当主机从DS18B20读数据时, 主机先向数据线激发出低电平, 然后释放, 以使数据线再升为高电平。DS18B20在数据线从高电平变为低电平的15μs内将数据送到数据线上。主机可在15μs后读取数据线以获得数据。其时序图如图4所示:

2 硬件控制电路设计

通过8051的P1.7口与DS18B20的数据线DQ连接, 实现传感器与微控制器之间的数据传输。通过IO接口芯片8155的PB, PC口分别控制4块7段LED显示的段码和位码。

其中PA口预留给系统进行扩展功能, 如可以添加键盘 (一个4*4的行列式键盘) 控制电路, 通过软件程序可以使键盘操作实现对传感器相关参数的设置, 提高系统的智能性。

通过8051的P1.5口和P1.6口控制2个发光二极管用于当温度不在设置的温度域内时报警显示。

3 软件控制程序的设计

软件控制程序的设计, 以图6所示。

4 系统调试

整个系统功能的实现, 最关键的阶段是调试。主要有3个方面:

(1) 硬件的调试, 确保电路正常工作。控制程序的调试, 保证系统按照既定的目标去工作。对硬件电路的调试首先是动态显示部分的调试, 可以将驱动电路与4块LED显示电路部分一起调试, 直接给高或低电平对应特殊的段码或位码, 看显示的效果, 以此判断LED是否正常, 查看各个通路是否正常。

(2) 软件调试可以分3块:温度采集模块, 温度转换为BCD数模块以及动态显示模块。先调试温度采集模块的DS18B20复位部分, 看是否能够使DS18B20复位, 以此判断DS18B20是否正常工作, 然后确保写和读时序的控制正常。待看到温度能够正确采集到预定存储区后, 再调试后续的转换与显示控制模块, 后2个模块可与硬件隔离开来调试, 可以预设一些数据, 看是否能够转换为其对应的BCD数, 以此判断算法的正确性。

(3) 是对整个软硬件系统的联调, 根据显示的效果去检查硬件电路与显示连接部分的通路, 检查动态显示的延时控制。经过这几步的调试后, 可以得到初步的实验效果, 再根据一些如精度要求的细节去细调系统使之完善。

DS18B20温度检测显示系统实验参考程序:

;程序主体

;温度数据转换程序, 将读取的16位2进制补码数转换为待显示的BCD数据

MOV FLAG, #01H;温度为负值, 将符号标志位置1, 1表示为负数

DIV AB;将温度值的低4位转换为对应的小数位, 保证精度达到0.1℃

MOV A, R2;取温度值的整数值 (TEMPH的低4位与TEMPL的高4位组成)

MOV 55H, A;将温度值对应的整数部分存储用于报警温度域的判断MOV R4, #3

LOP1:MOV B, #10;将温度值对应的整数值位转换为相应的BCD数

LOP2:MOV A, R1;存储实际温度值的整数值部分对应的位数

5 结束语

采用温度传感器DS18B20进行温度检测, 用7段数码管LED实时显示温度。它的采集及显示温度精度可以达到0.1℃, 并且笔者在程序中限定一个温度域, 若检测到的温度超出这个区域 (高于或低于) , 由两个发光二极管发光报警。在实际应用中数码管显示温度正确, 当温度改变时, 可观察到显示值迅速改变, 温度检测和温度显示都能正常进行。

DS18B20传感器精度高、互换性好;它直接将温度数据进行编码, 可以只使用一根电缆传输温度数据, 通信方便, 传输距离远且抗干扰性好;与用传统温度传感器组成的多点测温系统相比可节省大量电缆, 而且系统得以简化, 系统扩充维护十分方便。DS18B20可以广泛用于工厂工业过程、大型粮仓、酿酒厂, 食品加工厂的温度检测以及宾馆、仪器仪表室等处的温度检测和控制。

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[5]康华光.电子技术基础 (数字部分) [M].北京:北京高等教育出版社, 1999.

单线数字温度传感器 篇5

DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器。即单总线器件, 它具有多点测温、测温精度高、微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配处理器等优点。DS18B20温度测量范围为-55～+125℃, 可编程的分辨率为9～12位, 测温分辨率可达0.0625℃。因此, 在一根通信线上挂多个DS18B20, 组成一个高精度的测温系统, 十分方便。下文以Keil C51系列单片机为核心, 采用DS18B20数字温度传感组成一个最简的高精度温度测量系统, 同时给出了应用范围和DS18B20使用中注意事项。该系统在Keil uVision2平台调试成功。

2 硬件设计

系统采用与MCS-51系列单片机兼容的ATMEL公司生产的AT89C52为控制芯片, 如图1所示。

传感器采用一线式数字温度传感器DS18B20, 如图2所示, 只需一个单片机端口就能与多个DS18B20通信, 占用微处理器的端口少, 可节省大量的引线和逻辑电路。

LED温度显示电路图如图3所示。LED第8位显示温度负号, 温度值保留3位小数。

3 软件设计

软件分为DS18B20初始化、温度读取、数据处理和温度显示等, 代码如下:

4 应用范围

该测温系统适用以下范围:

(1) 冷冻库、粮仓、储罐、电讯机房、电力机房、电缆线槽等测温和控制领域。

(2) 轴瓦、缸体、纺机、空调等狭小空间工业设备测温和控制。

(3) 汽车空调、冰箱、冷柜以及中低温干燥箱等。

(4) 供热/制冷管道热量计量、中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。

5 DS18B20使用中注意事项

DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点, 但在实际应用中也应注意以下几方面的问题:

(1) 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿, 由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送。因此, 在对DS18B20进行读写编程时, 必须严格保证读写时序, 否则将无法读取测温结果。

(2) 在DS18B20有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题, 容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20, 在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时, 就需要解决微处理器的总线驱动问题, 这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。

(3) 连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中, 当采用普通信号电缆传输长度超过50m时, 读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时, 正常通信距离可达150m, 当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时, 正常通信距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此, 在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

(4) 在DS18B20测温程序设计中, 向DS18B20发出温度转换命令后, 程序总要等待DS18B20的返回信号, 一旦某个DS18B20接触不好或断线, 当程序读该DS18B20时, 将没有返回信号, 程序进入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线, 其中一对线接地线与信号线, 另一组接VCC和地线, 屏蔽层在源端单点接地。