一种基于DS18B20的温度检测仪设计
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摘要：DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器芯片，测温范围为-55℃～+125℃，独特的单总线接口，只需要一个端口引脚线即可实现通信。以一种新型的温度检测仪设计为例，介绍了DS18B20的工作原理，给出了新颖清晰设计电路。
关键词：DS18B20传感器 温度测量 原理
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0081-01
1、引言
温度与我们人类的生活息息相关，并且人们的许多生产过程对环境有比较严格的要求，而人们只能凭感觉得之温度的高低，无法确切地给出温度值。这就提出了一个问题，我们怎样用现有的条件把环境中的温度直观的表达出来。所以，伴随着现代科学技术的进步，温度检测仪在生活中的应用非常广泛。比如，我们乘坐的公交车上，可以实时显示车内温度；现代化的流水线生产车间里配有温度检测仪，可以实时显示环境温度，最大程度的满足生产需要。
2、DS18B20简介
DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器芯片，采用3引脚TO-92小体积封装；它的测温范围为-55℃～+125℃，具有9～12位A/D转换精度，它的最小温度分辨率可达0.0625℃，以16位补码方式串行输出所测量的环境温度；DS18B20的工作电源既可由远端引入，亦可采用寄生电源方式；多个DS18B20可以并联到两或三根线上，此时CPU只需用一根端口线就可以实现与多个DS18B20传感器的通信，这样占用微处理器的端口也比较[1]。可广泛用于工业生产、民用生产、军工设备等设施的温度检测与控制中。
DS18B20中的温度传感器可以实现对环境中温度的测量，当温度转换指令出现后，转换后的环境温度以补码的形式存放在高速暂存存储器的第0个和第1个字节中。下面以12位转化为例具体说明：用16位扩展的二进制补码形式提供，以0.0625℃/LSB的形式表示，其中S为符号位。表xx是12位转化后所得到的12位数据，高字节的前面5位为符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，此时只要将数据乘以0.0625便可以得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度[2]。
例如，+125℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出位FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。
3、DS18B20与单片机的接口
DS18B20常采用内部寄生电源和外部电源供电两种方式供电，在连接方式上可分为单片连接和多片连接。前者形成单点测温系统，后者构成多点测温系统[3]。本次设计中DS18B20与单片机连接方式为寄生电源供电方式：P1.0口接DQ，经4.7K电阻接VCC。GND与VDD接地。
DS18B20从单线信号线上(8051的P1.0口)汲取能量，DQ高电平DS18B20吸收能量至内部电容，DS18B20低电平时利用这个能量工作。
寄生电源供电的优点：(1)在不需要本地电源的情况下实现远程测温时;(2)即使没电也可以读取ROM;(3)“一线连接”方便操作。
4、软件系统设计
4.1主程序
主程序主要是对温度检测仪的电路系统进行初始化，读出DS18B20的温度值并在单片机（数码管）中进行实时显示。
4.2子程序
温度测量子程序的功能是读出DS18B20测量的环境中的温度值，将该数值以BCD码的形式存放在缓冲区，符号标志位为0时表示正温度数值（零上），符号标志位为1时表示负温度数值（零下）。
温度转换子程序的功能是读出DS18B20中的数值，然后再转换成对应的温度值，以BCD码的形式存放在缓冲区，正负号存放在符号标志位中[4]。
温度显示子程序的功能是：把上一步所得到的数值变换后存入显示缓冲区，再送给四位数码管显示所测得的温度数值。
5、系统硬件设计
温度检测仪硬件连接中显示电路采用四位数码管共阳极动态显示方式。单片机系统采用AT89C52，P0口作输出时外接上拉电阻，8位字段码输入端接AT89C52的P0口，四位位选段由P2口的低四位控制。
6、结语
DS18B20的温度转换共分为三步：每一次读写之前都对DS18B20传感器进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，然后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。每一步都有严格的时序要求，所有时序都是将主机作为主设备，单总线上的DS18B20作为从设备。在测温的过程中，要保证DS18B20与通信线接触良好，不能出现掉线。所编写的温度测量转换程序中，要保证DS18B20在接收到温度转换命令后，还要有DS18B20的返回信号指令。这时才能读出一个完整的所测量温度。
参考文献
[1]唐露新.传感与检测技术[M].北京:科学出版社,2006.
[2]王华祥,张淑英.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社,2007.
[3]谢维成,杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京:清华大学出版社,2009.
[4]金伟正.单线数字温度传感器的原理及应用[J].电子技术及应用,2000,(6).
作者简介
贾兆虎，男，中国石油大学（华东）研究生，研究方向为检测技术与自动化装置。籍贯：山东临沂出生年月：1987年7月。工作单位：中国石油大学（华东）信息与控制工程学院。
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