數字溫度傳感器DS18B20的原理及應用

摘要 本文介紹了數字溫度傳感器DS18B20的工作原理，并給出了一種DS18B20和PIC16F873A單片機構成的多點溫度測控系統的硬件應用電路設計及軟件設計。

關鍵詞 數字溫度傳感器 溫度測控系統

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A

一、引言

在傳統的溫度測量系統中，由于采用了模擬器件，溫度測量精度低且容易受干擾，本文設計了一種溫度測控系統，采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器DS18B20，該數字溫度傳感器具有體積小、精度高、適用電壓寬、采用一線總線、可組網等優點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。

二、工作原理

DS18B20的測溫原理框圖如圖1所示。計數器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數。低溫度系數振蕩器的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數振蕩器隨溫度變化其振蕩率明顯改變，產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1對脈沖信號進行減法計數，當預置值減到0時，溫度寄存器的值加1，重新裝入計數器1的預置值，重新計數，如此循環直到計數器2計數到0，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖1中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。

三、多點溫度測控系統設計

（一）系統組成。

本文設計了一種基于單片機的多點自動溫度測控系統，該系統由加溫系統、測溫系統和單片機組成。溫度控制系統框圖如圖2所示。

（二）測溫系統。

測溫系統使用了三個溫度傳感器DS18B20（可擴展），可對三個獨立部分分別進行檢測。DS18B20采用外部電源供電方式，即DS18B20工作電源（3V-5.5V）由VDD引腳接入，GND引腳接地，給讀寫及溫度變換提供足夠的能量，保證了轉換精度。另外DS18B20直接將溫度轉化成數字信號，以數字碼方式串行輸出，且與TTL電平兼容，因此直接與單片機連接，實現數據采集。DS18B20多點測溫電路原理圖如圖3所示。

（三）加溫系統。

加溫系統由直流固體繼電器SSR和加溫器組成， SSR作為開關，單片機控制加溫器加熱，并有單獨的電路為加溫器供電，實現“電器隔離”。原理圖如圖4所示。

直流固體繼電器SSR為四端有源器件，輸入、輸出端可靠隔離，當輸入端加控制信號時，輸出端就進行開或關的轉換，具有可靠性高、開關速度快和功率小等特點。

（四）軟件設計。

軟件設計是整個系統的關鍵。多個器件掛在一條總線上，為了識別不同的器件，在系統安裝及工作之前，應將主機逐個與DS18B20掛接，讀出其序列號。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，遵循嚴格的時隙概念，因此，系統對DS18B20的各種操作必須按協議進行，即初始化DS18B20（發復位脈沖）->發ROM功能命令->發存儲器操作命令->處理數據。系統對DS18B20操作的總體流程圖如圖5所示。

自動溫度測控系統軟件設計流程圖如圖6所示，將設定的溫度信號輸入給單片機，測溫電路采集現場溫度信號反饋給單片機，單片機將檢測到的溫度與設定溫度進行比較，一旦出現溫度高于或低于設定溫度，自動發出信號，并可指示發生地點，及時輸出控制信號給加溫控制電路，實現加溫控制。

四、結論

本文設計了一種基于單片機的多點自動溫度測控系統，微處理器采用8位單片機PIC16F873，測溫采用數字溫度傳感器DS18B20。通過摸底試驗，結果表明該控制系統設計方案合理可行，具有成本低廉，操作簡便靈活，可靠性高等優點。

（作者：范剛，就職于南京市金陵技工學校（原南京市農墾技工學校），從事體育及基礎文化課教學；李海迪，就職于南京市金陵技工學校（原南京市農墾技工學校），從事文化基礎課教學）