摘要：提出采用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20和單片機組成的新型高精度溫度測量儀的設計。介紹了溫度傳感器DS18B20的結構、特點和工作原理，設計了DS18B20和AT89S52單片機的溫度測量系統(tǒng)硬件電路和軟件編程，主要包括溫度采集、溫度顯示及報警控制等功能。整個系統(tǒng)具有結構簡單，測量精度高，傳輸距離遠，抗干擾能力強，溫度讀取方便和造價低等一系列優(yōu)點，適用于生產(chǎn)生活及科學研究中對溫度的測量，應用前景十分廣闊。
關鍵詞：溫度測量；單片機；DS18B20；數(shù)碼管顯示

0 引言
    溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程和實驗過程中比較重要的一個參數(shù)，精確的溫度測量和及時的顯示溫度是很重要的。目前溫度測量系統(tǒng)種類繁多，功能參差不齊。單片機具有體積小，價格便宜，通用性和靈活性強的特點，利用單片機設計溫度測量系統(tǒng)，既可以滿足功能要求，又經(jīng)濟實惠。數(shù)字溫度測量傳感器DS18B20是單一總線的高精度測量器件，它克服了以前模擬式傳感器與微機接口時需要的A／D轉換器及其他復雜外圍電路的缺點。本文就是運用單片機及其接口和集成單總線溫度傳感器DS18B20構建一個高精度的溫度測量和顯示系統(tǒng)，并且通過開關進行溫度上限的設置，如果溫度超過設定值就會報警或進行相應的控制命令。設計的電路簡單，易于實現(xiàn)，而且還具有一定的擴展功能，可以擴展成多點采集和更復雜的功能。

1 系統(tǒng)硬件設計
    整個系統(tǒng)主要由主控中心(單片機)、溫度傳感器DS18B20、數(shù)碼管顯示及開關控制等功能模塊組成?？梢酝ㄟ^開關調節(jié)報警溫度的上限，既可以使上限增加，也可以使上限減小，這樣就可以用于不同場合了，系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

1．1 溫度傳感器DS18B20
    DS18B20是美國Dallas半導體公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，提供9位溫度讀數(shù)，指示溫度。溫度信息通過單線接口送入DS18B20或者從DS18B20送出，所以從處理器到DS18B20僅需連接一條線。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)本身提供，而不需要外部電源。這使得DS18B20與單片機接口變得很簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的A／D轉換及其他復雜外圍電路的缺點，而且它具有結構簡單、成本低、體積小、抗干擾能力強、使用簡單等優(yōu)點。最重要的是DS18B20的ROM中存有其芯片的惟一標識碼，即任意兩個DS18B20的標識碼是不同的，特別適合與微處理芯片構成多點溫度測量控制系統(tǒng)。DS18B20是DS1820的改進型，分辨率為9～12位可編程控制，由其寄存器R0，R1的兩位狀態(tài)決定。測量范圍從-55～+125℃，增量值為0．5℃。
    DS18B20在內(nèi)部以時鐘周期個數(shù)計數(shù)來測量溫度，并且提供0．5℃的分辨率。溫度讀數(shù)以16位、符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供。需要注意的是在DS18B20中溫度以1／2℃LSB(最低有效位)形式表示時，產(chǎn)生以下9位格式：
   
1．2 鍵盤控制設計
    系統(tǒng)工作前先由用戶自己設定一個兩位溫度值作為報警值，打開電源，單片機復位初始化，閉合開關中斷程序，按復位開關，每按一次報警值就會在初始化的基礎上加1℃，數(shù)碼管顯示設定值。用戶進行核對查看顯示的數(shù)字值是否與設置值一樣，然后打開開關進行周圍溫度測量值傳輸。由于報警值可以由用戶自己設定，故系統(tǒng)能適應各種不同溫度的環(huán)境。
1．3 其他的部分
    系統(tǒng)主要采用的是7段共陽極數(shù)碼管顯示測量的溫度值，由發(fā)光二極管和蜂鳴器進行報警。如果測的溫度值高于設定值1℃，報警系統(tǒng)就會報警(發(fā)光二極管點亮，蜂鳴器鳴響)。這樣可以從聲音和視覺上收到系統(tǒng)的警報。
1．4 系統(tǒng)的電路原理圖
    系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。

2 軟件設計
    系統(tǒng)開始工作時，首先進行I／O口初始化、報警值初始化，然后判斷開關是否閉合，由用戶自己在原報警值的基礎上更改，確定后由單片機控制軟件發(fā)出溫度讀取指令，通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集當前溫度值，轉換后經(jīng)過單總線傳輸給單片機，單片機經(jīng)過處理由數(shù)碼管顯示，如果超出設置的報警值1℃，系統(tǒng)就會報警(發(fā)光二極管點亮、蜂鳴器鳴響)。系統(tǒng)的軟件部分主要是由中斷子程序、讀寫DB18B20程序、顯示程序和報警系統(tǒng)四部分組成，主程序流程圖如圖3所示。

    設計的部分程序如下：
  
 

   

3 結語
    基于C51系列單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫度測量系統(tǒng)結構簡單、成本低、操作方便，比較好推廣，而且也可以根據(jù)情況進行擴展，比如進行多點采集等。