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1人民武装学院传感器原理与应用课程设计报告——基于DS18B20数字温度传感器的温度检测系统专业:电子信息科学与技术2011年6月2目录摘要……………………………………………………………………2第一章绪论……………………………………………………………41.1传感器发展的三个阶段……………………………………………41.2传感器发展趋势……………………………………………………41.3传感器在在系统中的应用…………………………………………41.4设计研究意义………………………………………………………51.5设计的目标任务……………………………………………………5第二章方案选择………………………………………………………62.1引言…………………………………………………………………62.2方案设计……………………………………………………………62.2.1控制模块…………………………………………………………62.2.2温度采集模块……………………………………………………62.2.3显示模块…………………………………………………………72.3系统框图……………………………………………………………7第三章硬件设计………………………………………………………73.1温度传感器…………………………………………………………73.1.1温度传感器选用细则……………………………………………73.1.2DS18B20传感器简介……………………………………………93.2DS18B20的测温原理………………………………………………113.3DS18B20与微处理器的接口技术…………………………………133.4DS18B20的测温流程………………………………………………163.5系统硬件电路设计………………………………………………1633.5.1设计原则………………………………………………………163.5.2设计中的各种电路……………………………………………17第四章系统软件设计………………………………………………214.1系统软件设计整体思路…………………………………………214.2系统软件设计的一般原则………………………………………214.3系统软件设计的一般步骤………………………………………224.4系统程序流程图……………………………………………………22第五章小结……………………………………………………………27结束语…………………………………………………………………28参考文献………………………………………………………………28致谢……………………………………………………………………284摘要随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。本课题以AT89C51单片机系统为核心，能对多点的温度进行实时巡检。DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。关键词：温度测量；单总线；数字温度传感器；单片机5第一章绪论课题的背景在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色，都无时无刻不在与温度打交道。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否掌握温度有着紧密的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎%80的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。1.1传感器三个发展阶段：一是模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，且外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。二是模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。三是智能温度传感器。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，当然，其智能化程度也取决于软件的开发水平。1.2温度传感器的发展趋势进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。1.3传感器在温控系统中的应用目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。此种产品测温范围大都在-200℃~800℃之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.001~0.01之间。自带LED显示模块，显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。针对目前市场的现状，本设计提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。61.4设计研究意义随着科学技术的不断进步与发展，温度控制在工业控制、电子测温计、家用电器等各种温度控制系统中被广泛应用，且由过去的单点测量向多点测量发展。目前温度传感器有模拟和数字两类传感器两种，为克服模拟传感器与微处理器接口时所需的信号调理电路或A／D转换器的缺点，多点检测温度控制系统多采用智能数字温度传感器，是系统的设计更加方便。常用的智能数字温度传感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635等等。在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术，这样就不可避免地遇到引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调整电路的误差等问题；而其中某一环节处理不当，就会导致系统性能的降低。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、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，具有独特的单总线接口，仅需占用一个通用I/0端口即可完成与微处理器间的通信；在-10～+85℃温度范围内具有内部电源探测位和单线端口位产生器暂存器下限触发上限触发温度传感器存储器和控制逻辑0．5℃精度；用户可编程设定9～12位的分辨率。这些特性使得DS18B20非常适用于高精度、多点温度测量系统的设计。1.5设计的任务目标本设计主要是实现对温度进行多点同时测量并准确显示。整个系统由MCU(单片机)控制，用于接收传感器采集的温度数据并加以显示出来，还可以从键盘设定温度报警值，系统根据命令，选择对应的传感器采集温度数据，并由驱动电路驱动温度显示。利用一个单片机设计一个能够对多点温度同时进行测量的温度检测系统。该系统能够同时对多个点的温度进行测量和进行显示，并且能够对异常情况进行声光报警。7第二章方案选择2.1引言温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。对于控制系统可以采用计算机、单片机等。2.2方案设计本系统主要由三个模块组成：控制模块、温度采集模块、显示模块。2.2.1控制模块本设计采用单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。温度传感器DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，组建传感器网络，且系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且能在恶劣的环境下进行现场温度检测。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械…等。2.2.2温度采集模块这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。DS18B20智能温度温度传感器进行温度采集和转换输出数字型的温度值，然后通过数据引脚传到单片机的P1.1口，单片机接受温度并存储。DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，它可将温度信号直接转换为数字信号，实现了与单片机的直接接口，从而省去了信号调理和A/D转换等复杂模/数转换电路。DS18B20构成的温度采集模块电路简单、功能可靠、测量效率高，很好地弥补了传统温度测量方法的不足可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有集成度高、模拟输入数字输出、抗干扰能力强、体积小、接口方便、传输距离远测温误差小等特点。DS18B20有PR-35和SOSI两种封装方式，本次设计采有PR-35式封装,如图1.2所示。图（a）PR-35封装图（b）SOSI封装图2－1DS18B20的两种封装82.2.3温度显示模块本课程设计的显示模块采用3位共阴极LED数码管显示温度数据，两位整数，一位小数进行显示，从P0口送数，P2口扫描。2.3系统框图系统的系统设计方框图如图1.1所示，它主要由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89S51；②显示部分采用3位共阴极LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分的温度传感器采用DS18B20智能温度温度传感器。还有按键设置报警温度值和加热降温电路。图2－2多路温度检测与控制总体设计框图第三章硬件设计本课程设计的多点测温系统是以单片机和单总线数字温度传感器DS18B20为核心，充分利用单片机优越的内部和外部资源及智能温度传感器DS18B20的优越性能构成一个完备的测温系统，实现对温度的多点测量。整个系统由单片机控制，能够接收传感器的温度数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令，选择对应的温度传感器，并由驱动电路驱动温度显示。本课程设计了一种合理、可行的单片机监控软件，完成测量和显示的任务。由于单片机具有强大的运算和控制功能，使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点。本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、声光报警电路等构成。3.1温度传感器3.1.1温度传感器选用细则现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决单片机多路DS18B20传感器LED显示声光报警器加热继电器和风扇继电器按键设置温度9于传感器的选用是否合理。（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测