关键词：单片机 DS18B20 温度检测
1 系统硬件电路构成
本系统以单片机为核心,组成一个集温度的采集、处理、显示、自动控制为一身的闭环控制系统。系统硬件电路由温度传感器、单片机、RS-485串口通信和计算机组成。
温度传感器的作用是采集温度,并进行判断和显示。由于智能温度传感器DS18B20既能对温度进行测量,又能设定所需要控制的温度,并对温度值能够把二进制转换成十进制,所以本设计系统中选用智能温度传感器DS18B20。
单片机主要是对温度传感器DS18B20进行编程,读取温度传感器的温度值,并把温度值通过串口通信送入计算机。由于AT9系列单片机与MCS-51系列单片机兼容,所以,本系统中的单片机选用AT89C2051。串口通信的作用是把单片机送来的数据送到计算机里,起到传输数据的作用。虽然RS232是串行通讯中目前最常用的接口,且PC在机系列中,每台微机均配有标准的RS232,但是这种共地传输,由于受距离与环境的影响,极易受到干扰。因此,RS232方式的通讯,一般应用于速度低于20kb/s,距离20m以内的条件下,不适合于高速、远距离通讯。而,RS-485串行通讯是一种多发送器的电路新标准,它采用了差分平衡的电气接口,利用平衡驱动、差分接收的方法,从根本上消除了地线信号。因此,,RS232可用于距离1200m,速度为100kb/s的高速通讯。为了适应较长距离的报警需要,因此,在本课题设计中,需要在机侧配置转换器,以达到数据传输的目的。
计算机主要是进行编程,对温度进行显示、报警和控制等。
2 系统工作原理
采用单总线技术设计的温度监测系统，整个系统以AT89C2051单片机为主机,其他设备为从设备。单片机通过RS485总线与PC机通讯。PC机作上位机进行实时监控管理,控制器选用Max705组成上电复位和看门狗电路。该系统只要一条双绞线一根为信号线,一根为地线从单片机拉向监控现场,然后将各种监控对象传感器挂接在一根总线上就可以了。本系统通过单总线可以挂接很多个智能温度传感器DS18B20,用于不同地方的温度测量和控制。该温度测控系统的工作原理就是进行计算机编程和单片机编程,使智能温度传感器该温度测控系统的工作原理就是进行计算机编程和单片机编程,使智能温度传感器正常工作,去检测实际的温度,并由数字显示电路显示出当时的温度值。
3 智能温度传感器DS18B20的性能特点和原理介绍
3.1 DS18B20的性能特点
（1）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（2）测温范围 -55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1℃。
（3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。
（4）工作电源: 3.0～5.5V/DC （可以数据线寄生电源）。
（5）在使用中不需要任何外围元件。
（6）测量结果以9～12位数字量方式串行传送。
（7）不锈钢保护管直径 Φ6。
（8）适用于DN15～25, DN40～DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温。
（9）标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选。
（10）PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
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3.2 DS18B20的测温原理
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
4 单片机AT89C2051的原理和特点介绍
4.1 单片机AT89C2051的原理
AT89C2051是一个带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（EEPROM）的低电压，高性能8位CMOS微处理器。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPLI和闪速存储器，ATMEL的AT89C2051是一强劲的微型处理器，它对许多嵌入式控制应用提供一定高度灵活和成本低的解决办法。
AT89C2051提供以下标准功能：2K字节闪速存储器，128字节RAM，15根I/O口，两个16位定时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器以及两种可选 的软件节电工作方式。空闲方停止CPU工作但允许RAM、定时器/计数器、串行工作口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM内容但振荡器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一个硬件复位。
4.2 单片机AT89C2051的特点
（1）和MCS-51产品兼容；
（2）2KB可重编程FLASH存储器（10000次）；
（3）2.7-6V电压范围；
（4）全静态工作：0Hz-24MHz；
（5）2级程序存储器保密锁定；
（6）128*8位内部RAM；
（7）15条可编程I/O线；
（8）两个16位定时器/计数器；
（9）6个中断源；
（10）可编程串行通道；
（11）高精度电压比较器（P1.0，P1.1，P3.6）；
（12）直接驱动LED的输出端口。
总结
本文以AT89C2051单片机系统为核心,由单片机、温度传感器、RS-485串口通信和计算机组成。该温度测控系统利用了DS1B20“一线总线”数字化温度传感器,能够对多点的温度进行实时巡检。各检测单元从机能独立完成各自功能,同时能够根据主控机的指令对温度进行定时采集,测量结果不仅能在本地显示,而且可以利用单片机串行口,通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到主控机,进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送,控制各个从机进行温度采集,收集测量数据,并对测量结果包括历史数据进行整理、显示和存储。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调,从而达到系统整体统一、和谐的效果。其中所选用的数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件,它集温度测量,A/D转换于一体,具有单总线结构,数字量输出,直接与微机接口等优点。既可用它组成单路温度测量装置,也可用它组成多路温度测量装置
参考文献
[1] 马丽丽, 高鑫, 贺超兴,等. 基于单片机的温度检测系统硬件设计[J]. 现代仪器与医疗, 2012, 18(3):60-62.
[2] 陈英俊. 基于单片机的温湿度监测和报警系统设计磁[J]. 广东石油化工学院学报, 2013(4):42-46.
指导教师：丘素芳，张泉。
该项目受”广东大学生科技创新培育专项资金”资助，立项编号:Pdjh2017b0878
论文作者: 姚华强,周向东,李伟杰,车燕康,颜保彬,
论文发表刊物:《科技中国》2018年1期
论文发表时间:2018/7/18
标签：温度论文; 单片机论文; 测温论文; 温度传感器论文; 计数器论文; 系统论文; 测量论文; 《科技中国》2018年1期论文;