基于DS18B20的温度测量系统设计.docx
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基于DS18B20的温度测量系统设计
课程设计（论文）
题目名称基于DS18B20温度测量系统设计
课程名称单片机原理及应用
学生姓名尹彬涛
学号1341301075
系、专业电子信息工程
指导教师江世民
2015年6月12日
摘要
随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于STC89C52单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。
对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。
DS18B20与STC89C52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
关键词：
单片机; DS18B20; 温度传感器; 数字温度计; STC89C52
摘要.........................................................1
引言.........................................................3
一、方案介绍.................................................3
1、显示部分..................................................3
2、温度采集..................................................5
3、方案流程图...............................................5
二、总体方案设计............................................6
1、硬件设计................................................6
1.1温度采集设计............................................6
1.2温度显示设计.............................................6
2、软件设计................................................7
2.1DS18B20程序设计.........................................7
2.2显示部分程序设计.........................................8
三、实验调试过程.............................................10
1、软件调试..................................................10
1.1显示部分调试............................................10
四、心得体会.................................................10
五、致谢.....................................................11
六、参考文献.................................................12
七、附录.....................................................12
附录一程序代码............................................12
附录二仿真电路图..........................................18
引言
在日常生活及工农业生产中经常要涉及到温度的检测及控制，传统的测温元件有热点偶，热敏电阻还有一些输出模拟信号得温度传感器，而这些测温元件一般都需要比较多的外部硬件支持。
其硬件电路复杂，软件调试繁琐，制作成本高，阻碍了其使用性。
因此美国DALLAS半导体公司又推出了一款改进型智能温度传感器——DS18B20。
本设计就是用DS18B20数字温度传感器作为测温元件来设计数字温度计。
本设计所介绍的数字温度计与传统温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示。
本设计显示精度为1，只能用于日常生活粗测。
该设计控制器使用单片机STC89C51，测温传感器使用DS18B20,显示器使用液晶显示。
一、方案介绍
1、显示部分
显示部分是本次设计的重要部分，一般有以下两种方案：
方案一：
采用LED显示，分静态显示和动态显示。
对于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，可靠性也较低。
对于动态显示方式，虽可以避免静态显示的问题，占用单片机IO口少，节约资源，而且接线简单。
方案二：
采用LCD显示。
LCD液晶显示具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。
鉴于该系统信息量少，我们采用方案一。
2、温度采集
由于现在用品追求多样化，多功能化，给系统加上温度测量显示模块，能够方便人们的生活，使该设计具有人性化。
本次实验是设计列车车轴实时温度检测系统，所以我们采用温度传感器DS18B20，用DS18B20测温度就无需外接A/D转换电路，其输出的温度值就是已经经过了A/D转换，已经是数字量了。
DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，精度为0.0625摄氏度，固有的测温分辨率为0．5℃，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。
基于DS18B20的以上优点，我们决定选取DS18B20来测量温度。
3、方案流程图
温度传感器DS18B20集成了A/D转换的功能，所以在连接单片机时无需进行A/D转换电路的连接，将采集的温度数据经过DS18B20的处理将温度值输出给单片机，通过单片机的控制输出使数码管显示，倘若实测的温度大于人为设置的温度时，单片机I/O口P3.0输出高电平，使报警系统工作报警。
流程图如图1.3所示：
图1.3流程图
二、总体方案设计
1、硬件设计
1.1温度采集设计
温度传感器采用DSl8820，其是一种单总线智能型温度传感器，只有三线接口，分别为地线（GND）、数据线（DQ）、电源线（VCC）。
DSl8820输出信号为数字信号，处理器与DSl8820通过数据线（DQ）来完成双向通信，因此采用DSl8820使得电路十分简单。
温度变换功率可以来源于外电源，也可以来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DSl8820供电。
DSl8820的电压范围为+3．0～+5．5V，测温范围为-55～+125℃，固有的测温分辨率为0.5℃，最高精度可达0．0625℃，最大的转换时间为200ms。
一条总线上面可以挂接多个DSl8820实现多点测温。
本实验温度路数只有一路，所以单独使用一个+5V电源对DS18B20供电。
引脚图如图2.1.1（a），元件图如图2.1.1（b）：
图2.1.1（a）图2.1.1（b）
1.2温度显示设计
在实验中，我们采用四位一体LED共阴极数码管显示，段选端由单片机P0口控制，之间外接上拉电阻。
理想情况下单片机P0口输出的高电平为+5V，足以使数码管点亮，但在实际接线中，要接一个上拉电阻，这样才能使数码管正常工作。
数码管的位选端与单片机P2口连接，通过程序控制P2口输出高低电平来控制数码管位选。
图2.12（a）、图2.1.2（b）分别为数码管引脚图和实物图：
图2.1.1（a）数码管引脚图2.1.2（b）实物图
2、软件设计
2.1DS18B20程序设计
对于DS18B20的程序编写要特别注意时序问题，如果采用C语言编程，其对时序要求很严，倘若时序错误会导致单片机读不到数据，或是读到的数据都是错误的，更严重就是传感器不工作，无法进行温度采集；汇编语言对时序要求没有那么严格，因为程序运行每一条汇编语句都会有一个机器周期。
下面就是DS18B20各个状态下得时序介绍：
1、DS18B20复位初始化时序
先通过单片机把DQ电平拉低，即DQ=0,然后通过一个480us到960us的延时,再拉高电平等待15us,当对传感器进行复位操作时,成功了则DS18B20会自动将DQ拉低,此时单片机对DQ温度值进行读取；倘若不成功则DQ一直保持高电平，单片机无法从DS18B20读取温度值。
复位时序如图2.2.1（a）所示：
图2.2.1（a）DS18B20复位初始化时序图
2、写DS18B20温度时序
写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。
随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。
若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。
而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉低等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。
温度写时序如图2.2.1（b）：
图2.2.1（b）写DS18B20温度时序图
3、读DS18B20温度时序
先将DQ电平拉低，然后单片机再将DQ电平拉高，如果DQ的数据是“1”时，则单片机在采样时就会采到一个高电平；如果在DQ的数据变成了“0”，则说明DS18b20自动将电平拉低，单片机采样时就会得到一个低电平。
温度读时序如图2.2.1（c）：
图2.2.1（c）读DS18B20温度时序图
2.2显示部分程序设计
显示有静态显示和动态显示，两者区别在于静态显示接线多，用到的IO口多，所以对单片机资源浪费大，但是其编程简单；动态显示接线少，占用的IO口少，资源利用充分，但是其编程比较复杂。
本实验采用动态显示，采用四位一体共阴极数码管，段选端用P0口控制，位选端用P2口控制，显示图如图2.2.2（a）所示
图2.2.2（a）显示图
因此，整个的程序流程图如图2.2.2（b）,单片机上电，进行单片机初始化，之后进行DS18b20的初始化，将原有的温度擦除。
初始化完成后，当总线接收到从高电平到低电平的脉冲时，则温度传感器进行写操作，将温度值写入。
温度数据转换完成后，单片机P1口将温度值读入单片机中，经过程序处理显示到数码管上。
在单片机进行数据处理时，倘若实际温度大于设定温度时，触发报警电路工作，产生报警，如果温度正常则报警电路不工作。
图2.2.2（b）程序流程图
三、实验调试过程
1、软件调试
1.1显示部分调试
为了减少错误的发生，我们采用了分步调试，首先直接将一位数码管接地选通，然后通过单片机控制显示；如果没有错误，再进行两位显示，在两位显示之前要将数据进行处理，取出十位，个位，如此依次将三位温度值显示出来。
但是在显示过程中我们发现显示的数据一直在闪烁，不是静止的，我们试着把延时时间延长，但是任然不起作用，没有任何变化。
经过多番努力，江老师一语惊醒梦中人，我们在将P2口置了数选通数码管之后，下一个数据在选通数码管时没有重新将P2口初始化即还原（MOVP2,#0FFH）。
程序如下：
MOVA,32H
MOVDPTR,#SGTB1
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0FFH；P2口复位
MOVP0,A；显示温度"个位"值
MOVP2,#0FDH；位选
LCALLDELAY
有了P2口的复位这条程序，显示的闪烁问题就解决了，数据显示变得稳定。
四、心得体会
在第十周星期五上午刚考完，江老师就过来布置课设任务，讲了很多很多，当时听完也很有兴趣，应为在实验室是个能出成就的地方，每当你取得一点点的成功，你都会感觉很充实，就会觉得这一天没有虚度，学到了东西。
下午，大家网上选题，什么事都讲究效率，我们还在睡午觉，二班的同学就在选题了，看到那个题目我都晕了，不知道从何处下手，纠结啊，硬着头皮选了个挑战性的题目。
搞得星期六上课都在想到底要怎么开始，自己什么都不懂，什么东西都得从开始学起，所以星期天开始从基础开始学。
基础就得从一些基础软件开始，起初我对画电路图用什么软件，编程用什么软件，程序，仿真用哪种软件以及如何烧单片机程序一无所知。
所以星期天慢慢的熟悉一下这些软件的基本操作，这个过程很痛苦，什么东西都不懂要去问别人是件很痛苦的事情。
经过一天的熟悉之后，我们弄了一个最简单的汇编语句，想让数码管显示一个“5”，体验一下整个过程到底是怎么样的，经过一番折腾终于出来了，当时很高兴，慢慢的对自己的题目如何开展有了信心了。
经过一到两天的资料查询，渐渐的对编程有了一点头绪，一些特定的元器件，它的程度编写都是固定的，只是需要把程序看懂，修改其中参数，然后自己慢慢将数据处理部分和显示部分程序编好。
编程过程中经常遇到问题，想问老师吧，老师又很忙，不可能一直都在实验室随叫随到，所以在编程的第一天没什么进展。
后面请了一个对编程比较有经验的同学在旁边指导我，遇到问题我们相互商量，然后解决，就这样一条一条，一个模块一个模块，用了将近两天的时间将程序的大体框架汇编了出来。
到这个时候，我们就尝试着开始仿真，在仿真过程中也经常发现问题，慢慢的找出问题，将程序一点一点的完善，然后将整个调试完成。
值得提得是，起初大家都并不知道如何开展自己的题目，我们可以在QQ群上提出来跟大家一起交流，所有的同学，包括指导老师都会给你提出一个如何开题的建议。
每一天，老师要问大家现在的进展如何，虽然看起来是随口一问，但我认为是非常有意义的，这是有督促，鼓励作用的。
除此之外，我们还可以将这一天遇到的问题大胆的在群上提出来，老师现场给我们做出解答，也许这不仅仅是你一个人在实验中遇到这样的问题，其他同学一样有这样的困惑，通过这样的方式，大家都可以在晨会上解决一些前一天遗留的问题。
我觉得这个平台非常有必要，很有存在的意义，应该继续发扬，一届一届传承，进而成为测控专业的一个传统。
总得来说，课设两个星期下来，真的心里有喜有悲，一个实物调试了一两天都没能调试出来，心里确实很有压力，有时都不想再进实验室了，很纠结。
但是我们确实学到了很多东西，不仅仅简单的完成了一个课设，精华是在这个过程，我们享受的是这个过程。
在这个过程中，不仅认识了实验室的器件，懂得了一些常用软件件的操作，更重要的是我们动手了，整个课设下来，一个系统的完成是我们一点一滴动手设计搭建出来的，想到这个你会很有成就感，会觉得实验室并没有白待，几个星期没有白费。
同学之间交流多了，感情就会加重，同学情就变得更浓厚了，师生之间通过交流，解决问题，聊天，慢慢的我们彼此之间就像是朋友了，师生情也变得融洽了。
经过这次课设，我认识到了团队的力量是无限的，对于你个人来说很难解决的问题，放在一个团队面前就显得很渺小了，许多个人无法解决的难题，经过大家相互商量讨论，问题就会一步一步迎刃而解。
课设过程中我们就是一个团队，充分发挥合作精神，我们就能将课设彻底、完美的完成。
五、致谢
在课设的过程中，我遇到了很多很多的的问题，多亏有我们这个团队，我的同学，我的老师，有他们的帮忙我才顺利的完成了这次课设。
首先要感谢的是我的指导老师——江世明老师。
在课设还没开始的前一天下午，我们在实验室就遇到了江世明老师，跟他交流的过程中，我们慢慢的将显示部分是采用静态还是动态决定下来了。
除此之外在程序编写过程中，程序仿真，实物调试，江老师都给我们很大的帮助，有一点不懂得地方，老师都会讲解的很详细，让我尽量的听明白。
还有李老师，他组织的晨会让我收获很多，在会上，我从一点都不会，慢慢的懂得了如何查资料，如何确定总体方案，如何根据实验室现有器材搭建实物等等，在实验过程中遇到的一些问题也可以在晨会上得到解决。
遇到了困难，晨会上大家相互鼓励，然后又信心满满了。
其次要感谢李波同学，我从刚开始的文盲，到现在初步了解一些软件的操作，是他教会了我如何使用proteus，如何运用keil编程，以及如何将程序烧入单片机等等。
在实验过程中，遇到什么问题可以想他请教，他也一一给我解答，在此非常感谢。
最后还得感谢我的另一位同学谈黎明，在编写程序方面，他给了我很大的帮助。
起初我对DS18B20的程序编写几乎毫无头绪，是他给我慢慢讲解，给我详细的解释了DS18B20程序的编写过程。
在我编写程序的两三天中，他一直跟我一起讨论，有什么问题，他都能给我解答，他在编程这方面有了一定的经验，所以在程序编写过程中我少走了很多弯路，所以在此非常感谢他。
在这次课设中，由于有指导老师以及这些同学的帮助，我才能很顺利的完成这次课设。
六、参考文献
[1]江世明.单片机原理及应用.[M].上海交通大学出版社（第一版），2013
[2]孙传友,孙晓斌.测控系统原理与设计[M].北京航空航天大学出版社（第2版）,2007.
[3]谭浩强.C程序设计教程[M].清华大学出版社,2007.
[4]杜洋.18B20温度传感器应用解析[R].2005-12-02/2007-03-16.
七、附录
附录一程序代码
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P3^0;//接ds18b20数据端口
sbitp20=P2^0;
sbitp21=P2^1;
sbitp22=P2^2;
sbitp23=P2^3;
codeuchartab[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,
0x82,0xF8,0x80,0x90};//0~9
codeuchartab1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,
0x02,0x78,0x00,0x10};
uchara,b,t;
ucharbai,shi,ge;
voiddelay（unsignedinti）
{
while（i--）;
}
int_DS18B20（）//对ds18b20初始化
{
unsignedcharx=0;
DQ=1;//DQ复位
delay（8）;//延时
DQ=0;//单片机将DQ拉低
delay（80）;//精度延时大于480us
DQ=1;//拉高总线
delay（10）;
x=DQ;//x=0则初始化成功，x=1则初始化失败
delay（20）;
returnx;
}
read（）//读温度数值
{
unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for（i=8;i>0;i--）
{DQ=0;
dat>>=1;
DQ=1;
if（DQ）
dat|=0x80;
delay（4）;
}
return（dat）;
}
voidwrite（unsignedchardat）
{
unsignedchari=0;
for（i=8;i>0;i--）
{DQ=0;
DQ=dat&0x01;
delay（5）;
DQ=1;
dat>>=1;
}
delay（4）;
}
voidint_（）
{
while（int_DS18B20（））;
write（0xCC）;
write（0x44）;
}
voidmain（）
{
uintcount=0;
P2=0xFF;
int_（）;
delay（220）;
for（count=0;count<100;count++）//数码管初始化00
{p20=1;
P0=tab[0];
delay（100）;
p20=0;
p21=1;
P0=tab[0];
delay（100）;
p21=0;
p22=1;
delay（100）;
p22=0;
p23=1;
P0=0xc6;
delay（100）;
p23=0;
}
while
（1）
{
delay（10）;
while（int_DS18B20（））;
write（0xCC）;
write（0xBE）;
a=read（）;//读高八位
b=read（）;//读低八位
if（b>127）//判断温度正负B>127为负
{
a=~a;
b=~b;
a=a>>4;
t=b<<4;
t=t|a;
t+=1;
shi=t/10;
ge=t%10;
for（count=0;count<123;count++）
{
if（t>=10）
{
p20=1;
P0=0xBF;
delay（30）;
p20=0;
p21=1;
P0=tab[shi];
delay（30）;
p21=0;
p22=1;
P0=tab1[ge];
delay（30）;
p22=0;
p23=1;
P0=0xc6;
delay（30）;
p23=0;
}
else
{
p20=0;
p21=1;
P0=0xBF;
delay（30）;
p21=0;
p22=1;
P0=tab1[ge];
delay（30）;
p22=0;
p23=1;
P0=0xc6;
delay（30）;
p23=0;
}
}
}
else
{
count=0;
a=a>>4;
t=b<<4;
t=t|a;
bai=t/100;
shi=t%100/10;
ge=t%10;
for（count=0;count<123;count++）
{if（bai）
{p20=1;
P0=tab[bai];
delay（20）;
p20=0;
}
else
p20=0;
if（shi）
{p21=1;
P0=tab[shi];
delay（20）;
p21=0;
}
p21=0;
p22=1;
P0=tab1[ge];
delay（20）;
p22=0;
p23=1;
P0=0xc6;
delay（20）;
p23=0;
}
}
int_（）;
}
}
附录二仿真电路图
升级会员 