传感器与检测技术
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数字温度传感器DS18B20介绍、设计及应用
摘要：传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业和朝阳产业。
随着时代的进步和发展，传感器与检测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,本文将介绍数字式集成温度传感器DS18B20的结构、原理和接口技术，以及一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
该温度计具有简单、稳定、实用、精度高等优点。
关键词：传感器，数字温度计，报警，DS18B20，STC89C52RC
1引言
随着人们生活水平的不断提高, 传感器与检测技术、单片机控制技术无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中基于数字温度传感器DS18B20设计的数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为人们工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
我们首先介绍数字式集成温度传感器DS18B20的结构、原理和接口技术，然后介绍其设计及应用。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，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，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机STC89C52RC，测温传感器使用DS18B20，报警提示模块采用蜂鸣器报警，用LCD1602液晶显示器实现温度显示,能很好的达到以上要求。
2数字温度传感器DS18B20介绍
2.1简介
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
2.2 DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND 为电源地；VDD为外接供电电源输入端。
图1 DS18B20的内部结构
图2 DS18B20的管脚排列
ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。
64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。
ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。
高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的
EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。
高速暂存器是一个9字节的存储器。
开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。
2.3 DS18B20的工作时序
DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。
其工作时序包括初始化时序、写时序，如图3（a）（b）所示。
(a)初始化程序
(b)写时序
图3 DS18B20的工作时序图
3数字温度传感器DS18B20设计及应用
3.1 基本设计构想
如图4，预设定的正常温度范围是25℃到30 ℃。
当温度低于25℃时，蜂鸣器报警提示，当温度回升到正常温度范围，停止报警提示；
当温度高于30℃时，蜂鸣器报警提示，当温度回落到正常温度范围，停止报警提示。
图4基本设计构想
(1) 硬件组成和设计原理
图5 温度报警系统仿真原理图
如图5为该温度报警系统仿真原理图，主要分四大模块。
温度采集模块，主控模块，显示模块和报警提示模块。
(2) 核心算法设计
图6 核心算法
(3) 软件程序设计调试
经仿真调试完全达到了设计预定的要求，之后购买相应元器件认真焊接电路板，制作出设计实物，实物如图7。
图7 实物照片
再调试实物，测试记录，得到以下数据，最终所有要求达到，完成本设计。
表1 测试数据记录表
4总结与体会
经过本学期对传感器与检测技课程的学习，我充分运用所学知识
以及前段时间参加我院电子设计大赛之后所积累的经验，理论与实践
相结合，终于完成了我的数字温度报警设计，而且达到了预期的设计要求，也让老师查看了我的设计实物，在此期间让我收获了很多，我很开心，也很感谢老师。
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前没做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
5 致谢。
