一種基于DS18B20的實時溫度測量模塊的設計

摘要：本文介紹了一種基于DS18B20的數字溫度計設計方案，闡述了溫度傳感器DS18B20的性能指標和工作過程，實現了利用主板STC89C52單片機控制DS18B20進行溫度信號采集并通過數碼管顯示。

關鍵詞：智能溫度傳感器； 熱敏電阻； 串口通信

中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）09-177-001

一、智能集成溫度傳感器DS18B20介紹

DS18B20 是美國DALLAS 半導體公司繼DS1820 之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12 位的數字值讀數方式。使用DS18B20 可使系統結構更趨簡單，可靠性更高[1]。

DS18B20的適用電壓為3V～5V，分辨率為9～12位可調，測溫分辨率為9位時精度為0.1℃，12位精度為0.01℃，測溫范圍為：-55℃～+125℃。

由于DS18B20 工作在單總線方式，其硬件接口非常簡單，僅需利用系統的一條I/O線與DS18B20的數據總線相連即可

二、測溫硬件電路設計

本方案設計的系統由按鍵控制部分、溫度傳感器部分、數碼顯示、串口通信部分組成，利用單片機主模塊控制完成溫度傳感器DS18B20的初始化和讀取溫度值、按鍵識別和控制、溫度值數碼顯示和PC機的串口通信等功能。同時利用STC89C52單片機控制4個溫度傳感器，根據DS18B20的電路標準連接方法將溫度傳感器與單片機進行連接。

用P2.4至P2.7四個I\\O口分別連接四個DS18B20溫度傳感器，來實現溫度的多點監控。單片機系統設計電路圖如圖1所示。

我們將測量所得的值通過主模塊上的數碼管進行顯示。在主模塊的鍵盤上，通過4個按鍵來控制數碼顯示指定的溫度傳感器的數值。

還將一個蜂鳴器電路通過P2.3口進行控制，我們可以在軟件中設置報警溫度的上下限，當溫度超過此上（下）限值時，通過軟件控制使蜂鳴器發聲，達到溫度報警的效果。

鍵盤是人機通信不可缺少的部分，其中獨立鍵盤是最基本的鍵盤方式，本模塊中提供了八路獨立鍵盤和矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，它由行和列組成，在每一個行列的交叉點上設置一個按鍵，這樣一個8位的控制端口最多就可以由4×4=16個按鍵組成[2]。

三、數碼管顯示設計

本系統采用6位共陰極數碼顯示器，為了簡化電路，降低成本，采用一組P0口加P2.6和P2.7與2個鎖存器74HC573，控制數碼管的段選與位選。

當鎖存器的使能端為高電平時，輸入和輸出是直通的，即輸入端的數字量直接賦給對應的輸出端，而當使能端為低電平時，則是保持狀態，即上一組輸入的數字量保持在對應的輸出端。P2.6為段選控制位，連接在第一個鎖存器的使能端，P2.7為位選控制位，連接在第二個鎖存器的使能端。這樣當需要控制數碼管顯示的時候，就讓P2.6呈高電平，然后控制P0口賦值給鎖存器的輸入端，而此時為直通狀態，所以輸出數字量等于輸入的數字量，然后使P2.6呈低電平，第一個鎖存器則處于保持狀態，使得數碼管顯示的數值是不變的，這樣可以用同樣的控制方式來實現6位數碼管的位選操作，來控制具體哪些數碼管工作。具體電路連接如圖3.3所示。第一個鎖存器的輸出端接到6位數碼管的段選端a，b，c，d，e，f，g，h，第二個鎖存器的輸出端分別接到數碼管的位選端WE1到WE6。數碼管硬件電路圖如圖2所示。

四、RS-232C串口通信

本方案對RS-232-C接口采用3線制，PC機和單片機的發送數據線（TXD）與接收數據（RXD）交叉連接，二者的地線（GND）直接相連，其他信號線如握手信號線均不用，而采用軟件握手。但由于RS-232-C電平與單片機TTL電平不同，邏輯1電平規定為+5～+15V之間，邏輯0電平為-5～-15V之間，因此用MAX232芯片進行電平轉換。

五、總結

本系統通過單片機控制，實現了4個溫度傳感器的溫度測量，不但可以同時測量多個監測點的溫度，也可以測量某個環境的溫度分布或平均溫度。同時通過串口可以把溫度信息傳送給上位機電腦實現實時監控。

參考文獻：

[1]楊恩然.溫度場實時測控溫度系統：(碩士學位論文).陜西：西安建筑科技大學，2007.

[2]何立民.單片機高級教程. 北京：北京航空航天大學出版社，2000