基于單片機的高精度溫度測量系統設計

摘要：提出采用單總線(xiàn)數字式溫度傳感器DS18B20和單片機組成的新型高精度溫度測量儀的設計。介紹了溫度傳感器DS18B20的結構、特點(diǎn)和工作原理，設計了DS18B20和AT89S52單片機的溫度測量系統硬件電路和軟件編程，主要包括溫度采集、溫度顯示及報警控制等功能。整個(gè)系統具有結構簡(jiǎn)單，測量精度高，傳輸距離遠，抗干擾能力強，溫度讀取方便和造價(jià)低等一系列優(yōu)點(diǎn)，適用于生產(chǎn)生活及科學(xué)研究中對溫度的測量，應用前景十分廣闊。
關(guān)鍵詞：溫度測量；單片機；DS18B20；數碼管顯示

0 引言
溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和實(shí)驗過(guò)程中比較重要的一個(gè)參數，精確的溫度測量和及時(shí)的顯示溫度是很重要的。目前溫度測量系統種類(lèi)繁多，功能參差不齊。單片機具有體積小，價(jià)格便宜，通用性和靈活性強的特點(diǎn)，利用單片機設計溫度測量系統，既可以滿(mǎn)足功能要求，又經(jīng)濟實(shí)惠。數字溫度測量傳感器DS18B20是單一總線(xiàn)的高精度測量器件，它克服了以前模擬式傳感器與微機接口時(shí)需要的A／D轉換器及其他復雜外圍電路的缺點(diǎn)。本文就是運用單片機及其接口和集成單總線(xiàn)溫度傳感器DS18B20構建一個(gè)高精度的溫度測量和顯示系統，并且通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行溫度上限的設置，如果溫度超過(guò)設定值就會(huì )報警或進(jìn)行相應的控制命令。設計的電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現，而且還具有一定的擴展功能，可以擴展成多點(diǎn)采集和更復雜的功能。

1 系統硬件設計
整個(gè)系統主要由主控中心(單片機)、溫度傳感器DS18B20、數碼管顯示及開(kāi)關(guān)控制等功能模塊組成?？梢酝ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)調節報警溫度的上限，既可以使上限增加，也可以使上限減小，這樣就可以用于不同場(chǎng)合了，系統的框圖如圖1所示。

1．1 溫度傳感器DS18B20
DS18B20是美國Dallas半導體公司生產(chǎn)的數字式溫度傳感器，提供9位溫度讀數，指示溫度。溫度信息通過(guò)單線(xiàn)接口送入DS18B20或者從DS18B20送出，所以從處理器到DS18B20僅需連接一條線(xiàn)。讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數據本身提供，而不需要外部電源。這使得DS18B20與單片機接口變得很簡(jiǎn)單，克服了模擬式傳感器與微機接口時(shí)需要的A／D轉換及其他復雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且它具有結構簡(jiǎn)單、成本低、體積小、抗干擾能力強、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。最重要的是DS18B20的ROM中存有其芯片的惟一標識碼，即任意兩個(gè)DS18B20的標識碼是不同的，特別適合與微處理芯片構成多點(diǎn)溫度測量控制系統。DS18B20是DS1820的改進(jìn)型，分辨率為9～12位可編程控制，由其寄存器R0，R1的兩位狀態(tài)決定。測量范圍從-55～+125℃，增量值為0．5℃。
DS18B20在內部以時(shí)鐘周期個(gè)數計數來(lái)測量溫度，并且提供0．5℃的分辨率。溫度讀數以16位、符號擴展的二進(jìn)制補碼讀數形式提供。需要注意的是在DS18B20中溫度以1／2℃LSB(最低有效位)形式表示時(shí)，產(chǎn)生以下9位格式：

1．2 鍵盤(pán)控制設計
系統工作前先由用戶(hù)自己設定一個(gè)兩位溫度值作為報警值，打開(kāi)電源，單片機復位初始化，閉合開(kāi)關(guān)中斷程序，按復位開(kāi)關(guān)，每按一次報警值就會(huì )在初始化的基礎上加1℃，數碼管顯示設定值。用戶(hù)進(jìn)行核對查看顯示的數字值是否與設置值一樣，然后打開(kāi)開(kāi)關(guān)進(jìn)行周?chē)鷾囟葴y量值傳輸。由于報警值可以由用戶(hù)自己設定，故系統能適應各種不同溫度的環(huán)境。
1．3 其他的部分
系統主要采用的是7段共陽(yáng)極數碼管顯示測量的溫度值，由發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行報警。如果測的溫度值高于設定值1℃，報警系統就會(huì )報警(發(fā)光二極管點(diǎn)亮，蜂鳴器鳴響)。這樣可以從聲音和視覺(jué)上收到系統的警報。
1．4 系統的電路原理圖
系統的電路原理圖如圖2所示。