基于单片机的多点温度检测系统_毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的多点温度检测系统_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司的 最新单线数字温度传感器 ○ 4 ，具有 3 引脚 TO－ 92 小体积封装形式。 测温分辨率可达 ℃，被测温度用符号扩展的 16位数字量方式串行输出。 其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，而且它 体积更小、适用电压更宽、更经济 ， DS18B20 是世界上第一片支持 “ 一线总线 ” 接口的温度传感器。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 它的 测量温度范围为 55176。 C ～ +125176。 C ，在 10～+85176。 C 范围内 ,精度为 177。 176。 C。 现场温度直接以 “ 一线总线 ” 的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度测量 ○ 5 ，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 与前一代产品不同，新的产品支持 3V~ 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。 而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20 可以程序设定 9~12 位的分辨率，精度为 177。 176。 C。 可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。 分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。 DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。 其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 DS18B20 的性能是新一代产品中最好的 ， 性能价格比也非常出色。 继 “ 一线总线 ” 的早期产品后， DS1820 开辟了温度传感器技术的新概念。 DS18B20 和 DS1822 使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统 ○ 6。 总的来说 DS18B20 的主要特征 即 ： 178。 全数字温度转换及输出。 178。 先进的单总线数据通信。 178。 最高 12位分辨率，精度可达土 摄氏度。 178。 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。 西南科技大学本科生毕业论文 13 178。 可选择寄生工作方式。 178。 检测温度范围为 – 55176。 C ～ +125176。 C ( – 67176。 F ～ +257176。 F) 178。 内置 EEPROM，限温报警功能。 178。 64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 178。 多样封装形式，适应不同硬件系统 DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点 ： 采用单总线的接口方式 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方 便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 55176。 C ～ +125176。 C ，在10～ +85176。 C 范围内 ,精度为 177。 176。 C。 在使用中不需要任何外围元件。 持多点组网功能多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。 因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而 使系统结构更趋简单，可靠性更高。 测量参数可配置 DS18B20的测量分辨率可通过程序设定 9~12 位。 负压特性 电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报 警温度的设定值 DS18B20 的内部结构如图 所示。 图 DS18B20 内部结构图 西南科技大学本科生毕业论文 14 DS18B20 的管脚排列如下 图 图 DS18B20 的管 脚排列 DS18B20 引脚功能： 178。 GND 电压地 178。 DQ 单数据总线 178。 VDD 电源电压 178。 NC 空引脚 18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是： ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8位是单线系列编 码（ DS18B20的编码是 19H） ，后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8位是以上 56的位的 CRC 码（冗余校验）。 数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64 位ROM。 RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在 掉电后丢失， DS18B20共 9 字节 RAM，每个字节为 8位。 第 2个字节是温度转换后的数据值信息， 西南科技大学本科生毕业论文 15 第 4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。 在上电复位时其值将被刷新。 第 5 个字节则是用户第 3个 EEPROM 的镜像。 第 8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。 第 9 个字节为前 8个字节的 CRC 码。 EEPROM 非易失性记忆体用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据， DS18B20 共 3EEPROM，并在 RAM 都存在 镜像，以方便用户操作。 DS18B20 有 4个主要的数据部件： ① 64位激光 ROM。 64位激光 ROM 从高位到低位依次为 8位 CRC、 48位序 号和 8 位家族代码 (28H)组成。 ② 温度灵敏元件。 ③ 非易失性温度报警触发器 TH 和 TL。 可通过软件写入用户报警上下限值。 ④ 配置寄存器。 配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。 DS18B20在 0 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图 所示。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 MSB LSB 图 DS18B20 配置寄存器 结构图 其中， TM：测试模式标志位，出厂时被写入 0，不能改变； R0、 R1：温度计分辨率设置位，其对应四种 分 辨率如 下 表所列，出厂时 R0、 R1置为缺省值： R0=1，R1=1（即 12 位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。 配置寄存器与分辨率关系 如 表 ： 表 配置寄存器与分辨率关系 R0 R1 温度计分辨率 /bit 最大转换时间 /us 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 高速暂存存储器 ○ 7 西南科技大学本科生毕业论文 16 高速暂存存储器由 9个字节组成，其分配如图 所示。 当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0和第 1个字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如图所示。 对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 温度低位 温度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC LSB MSB 图 DS18B20 存储器映像图 温度值格式图 DS18B20 温度数据表 ： 表 DS18B20 温度数据表 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 典型对应的温度值表 : 表 DS18B20 温度值表 温度 /℃ 二进制表示 十六进制表示 +125 + + + 0 55 0000 0111 1101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H 西南科技大学本科生毕业论文 17 温度测试电路 DS18B20 最大的特点是 单总线数据传输方式， DS18B20 的数据 I/O 均由同一条线来完成 硬件连接电路如图 ： 图 温度测试连接电路 本系统为多点温度测试。 DS18B20 采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂 256 个 DS18B20，但时间应用中发现，如果挂接 25 个以上的 DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。 另外单总线长度也不宜超过 80M，否则也会影响到数据的传输。 在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个 I/O 来驱动多路 DS18B20。 在实际 应用中还可以使用一个 MOSFET 将 I/O 口线直接和电源相连，起到上拉的作用。 2. 对 DS18B20 的设计的注意事项 （ 1）对硬件结构简单的单线数字温度传感器 DS18B20 进行操作，需要用较为复杂的程序完成。 编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。 尤其在使用 DS18B20 的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。 （ 2）有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20 序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。 （ 3）测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线， AT89C51 DS18B20 1 DS18B20 2 DS18B20 3 DS18B20 20 VCC=5V 1— WIRE 西南科技大学本科生毕业论文 18 另一组接 VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。 DS18B20 在三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将 VCC与 GND接在一起，焊接牢固。 若 VCC脱开未接，传感器只送 ℃ 的温度值。 （ 4）实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的 DS18B20，同时还应注意最远接线距离。 另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。 键盘与显示电路 ⑦ 采用阵列 式输入，排成 4 行 4 列，总共 16 个按键。 16 个按键的输入口为P1， 当有键按下的时候，通过分别对各行各列进行扫描并查表得出键值。 这样可以有效的减少对单片机 I/O 口的占用，使单片机有更多的 I/O 口来实现其他的功能。 使单片机的设计更加灵活有效。 如图 所示 ,16 个按键排列成 4 行 4 列， 4 个行的引线分别同 P1 口的~ 相联接， 4个列的引。