數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的應(yīng)用

程曉芳

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300）

數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的應(yīng)用

程曉芳

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300）

通過對比數(shù)字溫度傳感器DS18B20與傳統(tǒng)溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器的差異，介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20的特性、結(jié)構(gòu)，結(jié)合DS18B20的應(yīng)用設(shè)計一款溫控報警器。

DS18B20；溫控報警；單片機；溫度測試

溫度的測量主要依靠各種傳感工具，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度傳感器的發(fā)展分為三個階段，最早的是傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，第二個階段是模擬集成溫度傳感器，第三個階段是智能溫度傳感器。傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)常采用熱電偶或熱敏電阻進行溫度測量，在工業(yè)測量中應(yīng)用最廣泛。熱電偶具有較廣的測量范圍、不會自動加熱、堅固耐用等優(yōu)點，其缺點是靈敏度較低，穩(wěn)定性較差。熱敏電阻器具有靈敏度較高，精度較高，堅固耐用，包裝靈活等優(yōu)點，但自動加熱的困擾是設(shè)計時必須考慮的因素。傳統(tǒng)的溫度檢測必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能由微處理器處理。

集成溫度傳感器包括模擬集成溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在功耗低、可提供小型封裝產(chǎn)品、成本低等。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了模擬集成溫度傳感器，采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成，主要特點是功能單一、測溫誤差小、體積小、靈敏度高，適合遠距離測溫，目前在國內(nèi)仍然普遍使用。20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)了智能溫度傳感器，集微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)于一體。其特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適用與各種微控制器配合使用，其智能化水平受軟件水平影響。

1 數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介

數(shù)字溫度傳感器與傳統(tǒng)的溫度檢測相比，使用集成芯片，采用單總線技術(shù)，有效減小了外界的干擾，提高了測量的精度，能直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號提供給處理器，接口簡單，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。電路的集成使電路的制作和調(diào)試更加方便簡潔，縮短了開發(fā)周期，降低了成本。

數(shù)字溫度傳感器DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的可編程的智能溫度傳感器，集成溫度感測、信號轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱功能于一個芯片上。與熱電偶或熱敏電阻等傳統(tǒng)測溫元件相比，能直接讀出被測溫度，可以保證傳輸精度，還能根據(jù)實際需求通過編程實現(xiàn)9至12位的讀數(shù)方式，操作方便，成本低廉。

2 數(shù)字溫度傳感器DS18B20特點

1）電壓范圍為3.0～5.5V，在寄生電源供電方式下可由一條數(shù)據(jù)線供電。

2）獨特的單線接口方式，DS18B20與中央處理器連接時只需要一條口線即可實現(xiàn)雙向通訊。3）測溫范圍常為-55～＋125℃，最高精度為0.062 5℃。4）減少了外圍元件，所有傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在如一只晶體管形狀的集成電路內(nèi)，可實現(xiàn)測溫電路。

5）可編程的分辨率為9～12位，在9位分辨率時最遲可以在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最遲可以在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。

6）內(nèi)部有溫度上、下限報警功能。

7）電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

8）內(nèi)部的電可擦除只讀存儲器確保在系統(tǒng)掉電以后，仍可保存分辨率及報警溫度的設(shè)定值，具有掉電保護功能。

3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由溫度傳感器、64位光刻ROM、高速暫存器RAM和非易失性的電可擦除寄存器（EEPROM）等四部分組成。ROM使每個DS1B20都有一個獨特的64位序列號，所以容許多個DS18B20同時連接在一根單線總線上。高速暫存器包含了兩個字節(jié)的用來存儲溫度傳感器傳輸數(shù)據(jù)的溫度寄存器。非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL以及一個字節(jié)的配置寄存器包含在電可擦除只讀存儲器內(nèi)。配置寄存器容許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11和12位。溫度傳感器實現(xiàn)測量溫度，提供16位二進制形式。

4 溫度傳感器DS18B20應(yīng)用

設(shè)計一款溫控報警器，應(yīng)用智能傳感器DS18B20作為檢測元件，可以直接讀出被測溫度值，測溫范圍為-55～+125℃，提供9～12位攝氏溫度測量精度而且有一個高低電平觸發(fā)的可編程的不因電源消失而改變的報警功能。選用AT89C51構(gòu)建最小系統(tǒng)，采用3線制與單片機相連，不需要外部硬件電路，具有使用方便簡易和成本低廉的特點。單片機可通過單線接口讀取數(shù)據(jù)，LED數(shù)碼管作為顯示器件。

采用寄生電源供電方式，要確保DS18B20與單片機的接口電路在其變換期得到足夠的電源電流，故在I/O線提供一強的上拉，即在DQ與單片機接口處必須填加上拉電阻，該電阻一般為4.7K，VDD引腳必須接地。采用寄生電源供電在進行遠距離測溫時非常方便溫度高于100℃，不推薦使用寄生電源。采用外部電源供電方式，DS18B20由VDD引腳接入工作電源，不需要強上拉，GND引腳不能懸空。工程實踐中，多點測溫電路適合采用外部電源供電，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力較強。

The Application of Digital Temperature Sensor DS18B20

Cheng Xiao-fang

By comparing the difference between digital temperature sensor DS18B20 and traditional temperature sensor and analog integrated temperature sensor，this paper introduces the characteristics and structure of digital temperature sensor DS18B20，and designs a temperature control alarm with DS18B20.

DS18B20；temperature control alarm；MCU；temperature test

TP212.1

A

1003–6490（2016）10–0100–01

2016–10–06

本論文受基金Gfy 16-18的支持。

程曉芳（1983—），女，山西臨汾人，講師，主要從事應(yīng)用電子技術(shù)教育教學(xué)研究工作。