DS18B20數(shù)字溫度傳感器的原理及應(yīng)用分析

丘素芳

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)已經(jīng)深入到我們的日常生活中，對(duì)我們的生活影響越來(lái)越大，單片機(jī)技術(shù)這幾年發(fā)展比較快，本文介紹的溫度檢測(cè)器由單片機(jī)來(lái)控制，基于實(shí)際，選取體積微小，抗干擾能力強(qiáng)，精度非常高的溫度傳感元件DS18B20，它通過(guò)采集溫度，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制溫度。

關(guān)鍵詞：溫度單片機(jī)DS18B20

引言

在我們生活不斷進(jìn)步的過(guò)程中，生活智能化、工作智能化隨著人們對(duì)生活便利要求的提高而變得越來(lái)越普遍。溫度，人的感官中重要的組成部分，一個(gè)合適的溫度能讓人感覺(jué)到舒適滿意，進(jìn)而影響到心情。所以，怎樣將室內(nèi)的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，是非常重要的，也是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和工業(yè)控制溫度的一個(gè)依據(jù)。檢測(cè)溫度、進(jìn)而控制溫度就是一個(gè)典型的例子，人們?cè)絹?lái)越需要更加合適的溫度，它可以為現(xiàn)代人的工作生活提供更好的更舒適的設(shè)施，單片機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新。本保溫控制系統(tǒng)有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如讀數(shù)方便、顯示數(shù)字化的數(shù)值、測(cè)量的溫度范圍也較大，溫度控制比較準(zhǔn)確，相應(yīng)的工作方式也可以以數(shù)碼管的形式顯示，測(cè)量的溫度以數(shù)字的形式顯示，非常適用于對(duì)溫度要求非常嚴(yán)格的環(huán)境和行業(yè)，該設(shè)計(jì)使用單片機(jī)STC89C51，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度、實(shí)時(shí)控制。

一、單片機(jī)最小系統(tǒng)

（1）晶振

單片機(jī)的核心部分就是晶振，屬于系統(tǒng)的基本組成部分。晶振電路可以提供所需要的信號(hào)。單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30pf，中間還需要并接晶振，形成晶振電路。

（2）復(fù)位電路

當(dāng)啟動(dòng)單片機(jī)的時(shí)候，需要先復(fù)位，在這樣的情況下，部件就會(huì)處于初始狀態(tài)，從而避免了單片機(jī)程序的跑飛。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，RST輸出高電平，而且至少需要2個(gè)周期，CPU可以相應(yīng)，系統(tǒng)開(kāi)始復(fù)位。兩種復(fù)位方式分別為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。

二、方案論證

方案一：采用的DS18B20溫度傳感器，它作為測(cè)溫元件，與傳統(tǒng)的原件相比，測(cè)量起來(lái)非常的方便，溫度范圍更加廣泛，測(cè)量準(zhǔn)確，掉電保持上下限溫度值，以數(shù)字的形式顯示溫度，以單總線進(jìn)行通訊，精度非常的高，需要單片機(jī)連接到3線，外面的電路就可以大大減少，成本是非常的低的，容易使用。

方案二：采用模擬的溫度傳感器AD590k，它有著很高的精度，測(cè)量精度較高。但是最后測(cè)量出來(lái)的數(shù)值需要放大、轉(zhuǎn)換，最后才能傳導(dǎo)給單片機(jī)，顯得非常麻煩，電路也異常復(fù)雜，所以此控制系統(tǒng)不采用這種元件作為傳感器。

結(jié)合以上方案，本設(shè)計(jì)采用第一種方案的溫度傳感器原件作為溫度采集器。

三、DS18B20數(shù)字溫度傳感器簡(jiǎn)介

（1）DS18B20測(cè)溫介紹

DS18B20可以把溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字，便于讀數(shù)，以此讓單片進(jìn)行處理，具有很多的優(yōu)點(diǎn)。例如可以抗干擾等等。用DS18B20可以組成一個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的測(cè)溫系統(tǒng)。到目前為止，已經(jīng)被越來(lái)越多的行業(yè)投入使用，例如蔬菜大鵬溫度檢測(cè)等多個(gè)行業(yè)。通過(guò)編程，DS18B20可以用數(shù)字來(lái)顯示檢測(cè)到的溫度數(shù)值。DS18B20僅僅需要單線的接口，所以在單片機(jī)和DS18B20之間，不再需要其它的線。數(shù)據(jù)線本身是可以提供電源的，可以用于其中的各個(gè)方面，不再使用其它電源。DS18B20適用于多地溫度測(cè)控系統(tǒng)。

（2）DS18B20功能介紹

1.很特別的接口方式，一個(gè)腳與單片機(jī)進(jìn)行連接，DS18B20只需要一個(gè)接線口就可以連接到微型處理器，卻可以實(shí)現(xiàn)雙向通訊。

2.不要需要其他的外部的原件。

3.可用數(shù)據(jù)線進(jìn)行供電。

4.0.5度的測(cè)溫分辨率。

5.直接以數(shù)字的形式讀取數(shù)值。

6.用戶可根據(jù)自身需求設(shè)置報(bào)警上下限值。

7.可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度，只需將多個(gè)測(cè)點(diǎn)并聯(lián)在一條線上即可，達(dá)到多點(diǎn)測(cè)量的效果。

8.保護(hù)特性：對(duì)電源起到保護(hù)作用，即便電源的極性接反，也不會(huì)損壞設(shè)備，但不能正常工作。

（3）DS18B20的工作原理

DS18B20的工作原理非常簡(jiǎn)單，與其它溫度傳感器相比，讀取的數(shù)值的小數(shù)點(diǎn)的位數(shù)不一樣，溫度轉(zhuǎn)換非常的快。當(dāng)晶振的溫度系數(shù)較低時(shí)，受溫度影響較小，將產(chǎn)生的脈沖傳導(dǎo)給計(jì)數(shù)器1。當(dāng)晶振的溫度系數(shù)較高時(shí)，，當(dāng)溫度變化的時(shí)候，振動(dòng)的頻率也是要發(fā)生變化的，得到的脈沖傳導(dǎo)給計(jì)數(shù)器2。計(jì)數(shù)器和溫度寄存器都有一個(gè)基本的數(shù)值。計(jì)數(shù)器1當(dāng)遇到溫度系數(shù)較低的晶振時(shí)，要是用減法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)數(shù)器減1，溫度寄存器加1，重新計(jì)算計(jì)數(shù)器1的數(shù)值，計(jì)數(shù)器1對(duì)傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的數(shù)值重新進(jìn)行加減，這樣不停的循環(huán)，當(dāng)計(jì)數(shù)器2變?yōu)?的那一刻，不再對(duì)溫度寄存器進(jìn)行加減，而此時(shí)，溫度寄存器上所顯示的數(shù)值，就是所需要測(cè)量的溫度。

四、DS18B20應(yīng)用

本設(shè)計(jì)是以ST89C52單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，有兩個(gè)部分，硬件和軟件，其中硬件方面包括：傳導(dǎo)溫度的溫度傳感器、顯示面板、控制系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)；DS18B20在使用的時(shí)候與數(shù)碼管進(jìn)行結(jié)合，可以實(shí)時(shí)顯示目前的溫度，操作非常簡(jiǎn)單，一秒鐘刷新一次，如果溫度異常，蜂鳴器則做出報(bào)警指示。

軟件方面包括很多方面，有程序設(shè)計(jì)的顯示部分、控制程序部分以及報(bào)警的編程設(shè)計(jì)部分。編程可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，但是需要和硬件部分進(jìn)行結(jié)合，可以調(diào)節(jié)元件的最開(kāi)始的溫度，并且實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)溫度傳感器的溫度超出正常溫度值的范圍后，指示燈亮并且報(bào)警。另外當(dāng)溫度傳感器達(dá)到最低或最高某一個(gè)值時(shí)，想要達(dá)到一個(gè)特定的溫度，可以散熱或者加熱。

本設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，例如溫室大棚、鍋爐測(cè)溫等等各個(gè)行業(yè)，體積微小，使用方便，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，適用于狹小空間的設(shè)備進(jìn)行溫度數(shù)字測(cè)量以及控制領(lǐng)域。對(duì)現(xiàn)實(shí)生活所需的溫度控制具有一定使用價(jià)值。

結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)利用軟件算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)的按鍵所產(chǎn)生誤差的調(diào)整、加熱散熱電路的調(diào)整，可以提高系統(tǒng)的安全，使系統(tǒng)更加可靠和穩(wěn)定。

DS18B20溫度傳感器和單片機(jī)可以和C語(yǔ)言編程技術(shù)相結(jié)合，可以更加精確的測(cè)量溫度，減小誤差。該溫度傳感器還可以應(yīng)用到晶體管PN結(jié)實(shí)驗(yàn)的物理特性研究中，可以解決顯示溫度精確測(cè)量的問(wèn)題，進(jìn)而設(shè)計(jì)出安全、穩(wěn)定、可靠地恒溫控制系統(tǒng)。

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