基于單片機的高精度溫度測量系統(tǒng)設(shè)計

摘要：提出采用單總線數(shù)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(shè)計。介紹了溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)、特點和工作原理，設(shè)計了DS18B20和AT89S52單片機的溫度測量系統(tǒng)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。整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，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低等一系列優(yōu)點，適用于生產(chǎn)生活及科學研究中對溫度的測量，應(yīng)用前景十分廣闊。
關(guān)鍵詞：溫度測量；單片機；DS18B20；數(shù)碼管顯示

0 引言
溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程和實驗過程中比較重要的一個參數(shù)，精確的溫度測量和及時的顯示溫度是很重要的。目前溫度測量系統(tǒng)種類繁多，功能參差不齊。單片機具有體積小，價格便宜，通用性和靈活性強的特點，利用單片機設(shè)計溫度測量系統(tǒng)，既可以滿足功能要求，又經(jīng)濟實惠。數(shù)字溫度測量傳感器DS18B20是單一總線的高精度測量器件，它克服了以前模擬式傳感器與微機接口時需要的A／D轉(zhuǎn)換器及其他復(fù)雜外圍電路的缺點。本文就是運用單片機及其接口和集成單總線溫度傳感器DS18B20構(gòu)建一個高精度的溫度測量和顯示系統(tǒng)，并且通過開關(guān)進行溫度上限的設(shè)置，如果溫度超過設(shè)定值就會報警或進行相應(yīng)的控制命令。設(shè)計的電路簡單，易于實現(xiàn)，而且還具有一定的擴展功能，可以擴展成多點采集和更復(fù)雜的功能。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
整個系統(tǒng)主要由主控中心(單片機)、溫度傳感器DS18B20、數(shù)碼管顯示及開關(guān)控制等功能模塊組成?？梢酝ㄟ^開關(guān)調(diào)節(jié)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合了，系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

1．1 溫度傳感器DS18B20
DS18B20是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，提供9位溫度讀數(shù)，指示溫度。溫度信息通過單線接口送入DS18B20或者從DS18B20送出，所以從處理器到DS18B20僅需連接一條線。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)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單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的A／D轉(zhuǎn)換及其他復(fù)雜外圍電路的缺點，而且它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、抗干擾能力強、使用簡單等優(yōu)點。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DS18B20的標識碼是不同的，特別適合與微處理芯片構(gòu)成多點溫度測量控制系統(tǒng)。DS18B20是DS1820的改進型，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(nèi)部以時鐘周期個數(shù)計數(shù)來測量溫度，并且提供0．5℃的分辨率。溫度讀數(shù)以16位、符號擴展的二進制補碼讀數(shù)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，產(chǎn)生以下9位格式：

1．2 鍵盤控制設(shè)計
系統(tǒng)工作前先由用戶自己設(shè)定一個兩位溫度值作為報警值，打開電源，單片機復(fù)位初始化，閉合開關(guān)中斷程序，按復(fù)位開關(guān)，每按一次報警值就會在初始化的基礎(chǔ)上加1℃，數(shù)碼管顯示設(shè)定值。用戶進行核對查看顯示的數(shù)字值是否與設(shè)置值一樣，然后打開開關(guān)進行周圍溫度測量值傳輸。由于報警值可以由用戶自己設(shè)定，故系統(tǒng)能適應(yīng)各種不同溫度的環(huán)境。
1．3 其他的部分
系統(tǒng)主要采用的是7段共陽極數(shù)碼管顯示測量的溫度值，由發(fā)光二極管和蜂鳴器進行報警。如果測的溫度值高于設(shè)定值1℃，報警系統(tǒng)就會報警(發(fā)光二極管點亮，蜂鳴器鳴響)。這樣可以從聲音和視覺上收到系統(tǒng)的警報。
1．4 系統(tǒng)的電路原理圖
系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。