摘 要：介绍 DS18B20 的基本特性，和基于 DS18B20 设计的多
点测温系统。给出了系统硬件连线及软件流程。
关键词：温度传感器； DS18B20 ；测温系统
1 温度传感器 DS18B20 介绍
DALLAS 公司单线数字温度传感器 DS18B20 是一种新的“一线器件”，它具有体积小、适用电 压宽等特点。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统 的构建引入全新概念。 DS18B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55 ℃～ +125 ℃ ，在 -10 ℃～ +85 ℃范围内，精度为± 0.5 ℃；通过编程可实现 9 ～ 12 位的 数字值读数方式；可以分别在 93.75ms 和 750ms 内将温度值转化为 9 位和 12 位的数字量 。每个 DS18B20 具有唯一的 64 位长序列号，存放于 DS18B20 内部 ROM 只读存储器中。
DS18B20 温度传感器的内部存储器包括 1 个高速暂存 RAM 和 1 个非易失性的电可擦除 E2RAM ，后者存放高温度和低温度触发器 TH 、 TL 和结构寄存器。暂存存储器包含了 8 个连续字节， 前 2 字节为测得的温度信息，第 1 个字节为温度的低 8 位，第 2 个字节为温度的高 8 位。高 8 位中，前 4 位表示温度的正 ( 全“ 0 ” ) 与负 ( 全“ 1 ” ) ；第 3 个字节和第 4 个字节为 TH 、 TL 的 易失性拷贝；第 5 个字节是结构寄存器的易失性拷贝，此三个字节内容在每次上电复位时被 刷新；第 6 、 7 、 8 个字节用于内部计算；第 9 个字节为冗余检验字节。所以，读取温 度信息字 节中的内容，可以相应地转化为对应的温度值。表 1 列出了温度与温度字节间的对应关系。
2 系统硬件结构
系统分为现场温度数据采集和上位监控 PC 两部分。图 1 为系统的结构图。需要指出的是，下 位机可以脱离上位 PC 机而独立工作。增加上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控 、管理。现场温度采集部分采用 8051 单片机 作为中央处理器，在 P1.0 口挂接 10 个 DS18B20 传感器，对 10 个点的温度进行检测。非易失性 RAM 用作系统温度采集及运行参数等的缓冲 区。上位 PC 机通过 RS485 通信接口与现场单片微处理器通信，对系统进行全面的管理和控制 ，可完成数据记录，打印报表等工作。
系统各模块分析如下：
2.1DS18B20 与 单片机 的接口电路
DS18B20 与 8051 单片机 连接非常简单，只需将 DS18B20 信号线与单片机一位 I/O 线相连，且一 位 I/O 线可连接多个 DS18B20 ，以实现单点或多点温度测量。 DS18B20 可以通过 2 种方式供电： 外加电源方式和寄生电源方式。前者需要外加电源，电源的正负极分别与 DS18B20 的 VDD 和 GND 相连接。后者采用寄生电源，将 DS18B20 的 VDD 与 GND 接在一起，当总线上出现高电平时，上 拉电阻提供电源；当总线低电平时，内部电容供电。由于采用外加电源方式更能增强 DS18B20 的抗干扰性，故本设计采用这种方式。在实际应用中，传感器与单片机的距离往往在几十 米到几百米，传输线的寄生电容对 DS18B20 的操作也有一定的影响，所以往往在接口的地方 稍加改动，以增加芯片的驱动能力和减少传输线电容效应带来的影响，达到远距离传输的目 的。
2.2 键盘及显示
键盘通过编程设置可完成以下功能：对温度值进行标定，定时显示各路的温度值，单独显示 某路的温度值，给每一路设定上下限报警值等。 LED 则可为用户提供直观的视觉信息。在工 作现场，用户可通过 6 位 LED 的显示数据来确定系统的当前工作状态以及采样的温度值信息等 。
2.3 报警电路
当被测温度值超过预先设定的上下限时，报警电路作出响应，蜂鸣器发出响声，告知用户温 度的异常。具体哪一个传感器温度值超限，可由软件查询各 DS18B20 内部告警标志而确定， 继而调整该现场温度，以达到对温度波动的控制。
3 软件设计及流程
3.1 下位机软件
系统下位测温部分软件采用 MCS51 汇编语言编写，主要完成对 DS18B20 的读写操作，实现实 时数据的采集，并获取最终温度值送至 单片机 内存。但需要注意的是，由于 DS18B20 的单总 线方式，数据的读写都占用同一根线，所以每一种操作都必须严格按照时序进行。图 2 为测 温子系统流程图。单片机首先发送复位脉冲，该脉冲使信号线上所有的 DS18B20 芯片都被复 位，接着发送 ROM 操作命令，使得序列号编码匹配的 DS18B20 被激活。被激活后的 DS18B20 进 入接收内存访问命令状态，内存访问命令完成温度转换、读取等工作 ( 单总线在 ROM 命令发送 之前存储命令和控制命令不起作用 ) 。
3.2 上位机软件
系统上位机的软件采用 VC++6.0 编写。主要完成的功能包括：与下位单片微 机的实时通信；模拟显示各采集点温度曲线；保存各测温点温度数据；统计各采集点平均温 度值；打印各点温度统计报表等。
4 结论
本系统具有如下特点：
a. 结构简单，成本低廉，维护方便。
b. 直接将温度数据进行编码，可以只使用单根电缆传输温度数据，通信方便，传输 距离远且抗干扰性强。
c. 配置灵活、方便、易于扩展。可扩展多路下位温度采集子系统，将它们通过 RS485 与上位 PC 机组网，形成多点温度采集网络。也可在各子系统中有选择性地增减温度传感器 。
d. 工作稳定，测温精度高。实验表明，在长达 200m 的一位总线上挂接 24 个 DS18B20 温度传感器，系统可正确地进行温度采集，分辨率为 0.5 ℃。
e. 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费 电子产品等。在大范围温度多点监控系统中具有十分诱人的应用前景。
参考文献
［ 1 ］ Dallas Corp., DS18B20 Programmable Resolution One — wire Di gital Thermometer ［ Z ］ .2000.
［ 2 ］周云波 . 由 DS18B20 单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统［ J ］ . 电子 技术应用， 1996 ， (2) ： 15-20.
［ 3 ］何立民 . 单片机 初级教程第 1 版［ M ］ . 北京：北京航空航天大学出版社， 2000.
［ 4 ］周航慈 . 单片机 应用程序设计技术［ M ］ . 北京：北京航空航天大学出版社， 2001.
［ 5 ］胡峪，刘静 .VC++ 高级编程技巧与示例［ M ］ . 西安：西安电子科技 大学出版社， 2001
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