基于DS18B20数字温度传感器的设计与实现

目前，在工业控制的很多领域，温度监控普遍是利用热敏电阻组成的测温电路，经过A／D与D／A转换后实现测温，但是由于热敏电阻的不稳定性，导致测温易受外界干扰、且精度不高。

DS18B20数字温度传感器是Dallas公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单、体积小的特点。因此用他组成一个测温系统，具有线路简单，在1根通信线可以挂很多这样的数字温度传感器，十分方便。

l DS18B20性能特点

1.1 DS18B20特性及引脚分布

DS18B20测温范围在-55～+125℃；转换精度9～12位进制数，可编程确定转换的位数；测温分辨率为9位精度为0.5℃，12位精度为0.062 5℃；转换时间：9位精度为93.75 ms、10位精度为187.5 ms、12位精度为750 ms；内部有温度上、下限告警设置。DS18B20采用TO-92封装模式，其引脚功能描述见表1。

1.2 DS18B20的内部结构

DS18B20的内部结构如图1所示，他主要包括温度传感器、64位激光ROM单线单口、存放中间数据的高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等。

2 单总线技术特性

单总线即只有1根数据线，系统的数据交换、控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其他设备使用总线。所有的单总线器件都要遵循严格的通信协议，以保证数据的完整性，基本的通信过程如下：主机通过拉低单总线至少。480μs产生Tx复位脉冲；然后由主机释放总线，并进入Rx接收模式。主机释放总线时，会产生一由低电平跳变为高电平的上升沿；单总线器件检测到该上升沿后，延时15～60μs；单总线器件通过拉低总线60～240 μs产生应答脉冲；主机接收到从机的应答脉冲后，说明有单总线器件在线，然后主机就可以开始对从机进行ROM命令和功能命令操作。

3 基于DS18B20高精度数字温度传感器

基于DS18B20高精度数字温度传感器可以完成如下的功能：

(1)采用采用AT89S52单片机和DS18B20温度传感器通信，控制温度的采集过程和进行数据通信；

(2)提供DS18B20的使用外围电路、温度显示LED电路以及DS18B20和单片机的通信接口电路；

(3)利用发光二极管指示系统的工作状态，DS18B20温度传感器内置温度上下限；

(4)编写C51程序，完成单片机对温度数据的采集过程以及与DS18B20数据传输过程的控制。

4 系统设计

4.1 系统分析

基于单片机系统的高精度数字温度计基本结构框图如图2所示。

高精度数字温度计的主要功能模块分3类：

输入控制 在一定要求下，采取一定形式的控制方式实现温度计不同功能的转换，以及控制指令以一定方式传送到单片机。

LED数码显示 单片机将数字温度量发送到LED显示模块，并控制LED显示模块按照一定的格式显示的功能。

数据采集 单片机通过对DS18B20的读写操作，完成对数据的存储和读取，从而实现单片机的存储单元数据处理。

4.2 硬件电路

根据系统的控制要求，选择Intel公司的80C52单片机，他包括数字温度传感器的数据采集、数据处理、晶振复位和温度显示电路。

4.3 软件设计

基于DS18B20数字温度传感器的软件设计采用C51编写程序，主要完成DS18B20的测量温度值计算及温度值的显示功能。其采用模块化设计，程序设计包括系统初始化、复位程序、读取温度程序、温度转换程序、数码管显示程序和延时程序，其总体流程图如图3所示。

5 结 语

基于DS18B20单总线技术的数字温度传感器以其线路简单、硬件开销少、成本低廉、软件设计简单优势有着无可比拟的应用前景，能较好地解决传统测温装置普遍存在的携带不便、易损坏、易受干扰等不足，可广泛的应用于工业控制