单片机课程设计之基于DS18B20的多点温度测量系统的设计.doc

单片机使用系统设计 课 题：基于DS18B20的多点温度测量系统的设计 姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师： 日 期： 引 言 在粮库测温系统、冷库测温系统、智能化建筑控制系统、中央空调系统等多种系统中都 需要多点温度测量系统。因此，多点温度测量技术实现尤为重要。美国Dallas公司推出 的数字温度传感器DSl8B20，电源供电范围在3.0～5.5V；温度测量范围为- 55～+125 ；具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成和微处理器 的通信；在- 10～+85 温度范围内具有±0.5 精度；用户可编程设定9～12位的分辨率。以上特性使得 DSl8B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。 DS18B20简介 DSl8B20是美国Dallas半导体公司推出的一种智能数字温度传感器。和传统的热敏电阻相 比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过编程实现9～12位的数字值读数 方式；可以分别在93.75ms和750 ms内完成9位和12位的数字量；从DS18B20读出信息或写入DS18B20信息仅需要1根口线(单 线接口)；温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而 无需额外电源。使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。 1系统硬件设计 由DS18B20和Atmel公司推出的单片机AT89C51以及相关外围电路组成的高精度、多点温度 测量系统的结构框图如图1所示。系统采用8片DS18B20构成小型温度传感器网络[3]，通 过并行连接方式连接至单片机的通用I/O端口。单片机获得温度信息后，通过特定的算法 ，将处理后的温度信息通过LED显示出来，同时通过串行口送上位机处理。 DS18B20内部均有一个独立的64位序列号，单片机通过序列号可以对一条总线上的多支D S18B20进行控制，读取它们的温度。但是，要完成这个操作，软件设计比较复杂，同时 存在一个缺点——速度太慢。无法适用于一些实时性要求高的测温场合。所以本次设计采 取一种利用单片机的并口，同步快速读取8支DS18B20的方法。 2系统软件设计 2．1 并行同步快速读取8支DS18B20的方法 对于一支DS18B20，我们要输出或输入各类数据时，可以采用位寻址，比如：sbit DQ=P3^3; DQ=0; DQ=1; 而对于8支DS18B20，如果还采用位寻址的方法，采用单总线，通过查询序列号依次读取 ，程序就非常复杂，而且速度会大大减慢，所以将位寻址扩展为字节寻址，比如： #define DQ P3; DQ=0x00; DQ=0xff; 即可一次输出或输入8个位数据，从而达到同步读取的目的。 2．2 系统的温度合成处理 采用上述方法一次读取8支DS18B20的时间不超过1秒，但读取的数据在RAM中并不顺序排 列的。必须用软件合成处理，才能得到所需要的温度值。如表- 1所示，纵向排列的是存放每次读取数据的Buf,而横向才是我们需要的温度值，此时设计 一个将纵向数据转为横向温度的程序，连续执行两次，就可以将DS18B20的高和低字节全 部合成标准的温度数据。 2．3 系统软件流程图 主程序执行流程如图2所示，主程序先对各DS18B20进行初始化，然后重复调用写命令和 读数据模块，最后将数据处理后送入LED显示。 2. 4 系统电路图 3系统仿真 Proteus软件是Labcenter公司的一款电路设计和仿真软件，它包括ISIS、ARES等软件模 块，ARES模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS模块用来完成电路原理图的绘制和仿真。 Proteus的软件仿真基于VSM技术，它和其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能 仿真大量的单片机芯片，比如MCS- 51系列、PIC系列等等，以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等等。通过Proteus 软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验环境。 本设计的核心部分为八点温度数据的快速准确读取，完成电路设计和软件编程后，将程 序在KEIL下编译，装入单片机，进行仿真，可以看到，同步快速多点温度测量得到了实 现。仿真中的一个画面如下面图3中的效果所示,此时采集的是第5通路的测量温度。 4系统运行和数据分析 根据系统软件和硬件设计方案搭建实际系统电路，依次采集八路温度测量数据，并且在 LED数码管上显示所测温度，同时和现场温度计测量值进行比较，系统运行结果如下，见 表-2： 表-2 传感器和温度计数据对照 测量结果数据和温度计直接测量吻合，符合仿真结果，本系统的测量范围为0－99 ，DS 18B20数字值读取位数为8位，精确到1 ，满足日常测量使用。另外可以通过改变DS18B2 0数字值读取位数提高精度，也可以根据实际使用要求扩大量程。在 本文档主要介绍了一个基于DS18B20的多点温度测量系统的设计，该系统广泛应用于粮库、冷库等环境的温度监控。DS18B20是一款由Dallas半导体公司制造的数字温度传感器，具备宽电源电压范围、高精度、单总线接口以及可编程分辨率等特点，特别适合构建多点温度测量系统。 DS18B20的特性包括3.0至5.5V的供电范围，-55至+125℃的测量温度范围，以及在-10至+85℃内±0.5℃的精度。传感器通过单总线接口与微控制器通信，仅需一个I/O端口，简化了系统设计。此外，每个DS18B20内置64位序列号，允许在同一线路上区分多个传感器。 系统硬件设计中，采用了8个DS18B20传感器并行连接到AT89C51单片机的I/O端口，通过特定算法处理后，通过LED显示温度信息，并通过串行口将数据传送给上位机。由于DS18B20的序列号控制复杂且速度较慢，设计选择了并行同步快速读取8个DS18B20的方法，通过扩展位寻址为字节寻址，实现同步读取，提高效率。 软件设计方面，首先进行初始化，然后通过写命令和读取数据模块循环执行，最后处理数据并在LED上显示。通过软件合成处理，将非顺序读取的数据转换为所需的温度值。系统软件流程清晰，主程序包含初始化、写命令、读数据和数据显示等步骤。 系统仿真采用了Proteus软件，它支持多种单片机芯片和外围设备的仿真，可以提供全面的单片机实验环境。经过仿真，实现了同步快速多点温度测量。 实际运行时，系统采集8路温度数据并与现场温度计对比，结果显示数据吻合，测量范围为0至99℃，精度为1℃，满足一般应用需求。系统可通过调整DS18B20的读取位数提升精度或扩展测量范围，以适应不同场景的需要。 这个基于DS18B20的多点温度测量系统设计，结合了DS18B20的优势，通过精心的硬件和软件设计，实现了高效、准确的多点温度监测，具有较高的实用价值。