基于DS1820的单总线多点测温技术
10:27:04来源: eechina
　　随着科学技术的发展，特别是现代仪器的发展，微型化、集成化、数字化正成为发展的一个重要方向。美国Dallas公司推出的数字化温度传感器采用协议，即与微机接口仅需占用1个I/O端口，无需任何外部元件，直接将温度转化成数字信号，以9位数字码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。
　　1 DS1820简介
　　DS1820是美国DALLAS公司生产的可数字式温度传感器，在其内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只晶体管大小的集成电路内，内部结构如图1所示。
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　　与其他温度传感器相比，DS1820具有以下特性：
　　(1)独特的单线接口方式。DS1820在与微处理器连接时仅需要1条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通信。
　　(2)DS1820支持多点组网功能。多个DS1820可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。
　　(3)DS1820在使用中不需要任何外围元件。
　　(4)测温范围为-55～+125℃，固有测温分辨率为0.5℃。
　　(5)测量结果以9位数字量方式串行传送。
　　2 工作原理
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　　DS1820测温原理如图2所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化，其振荡率有明显改变，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2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。DS1820特点如下：硬件接口简单，性能稳定，单线接口，仅需一根口线与MCU连接，无需外围元件;由提供;测温范围为-55～+75℃;精度为0.5℃;9位温度读数;A/D变换时间为200用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的;报警搜索命令可识别哪片DS1820超温度限。
　　3 温度检测系统设计
　　由于每片DS1820含有惟一的硅串行数，所以在一条总线上可挂接多个DS1820芯片。从DS1820读出信息或写入DS1820信息，仅需要1根口线(单线接口)。读/写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820提供9位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。对DS1820的使用，多采用实现数据采集。处理时，将DS1820信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS1820，从而实现多点温度检测系统。由于DS1820只有3个引脚，其中2根是电源线VDD和GND，另外两根用作总线DQ(DataIn/Out)，由于其输出和输入均是数字信号，且与TTL电平兼容，因此可以与微处理器直接进行接口，从而省去了一般传感器所必需的中间转换环节。
该设计以DS1820为传感器，以AT89C为控制核心，组成的多点温度测试系统如图3所示。
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　　3.2 软件设计
　　程序处理是整个系统的关键，简洁的硬件结构是靠复杂的软件来支持的。多个器件挂在一条总线上去识别不同的器件，在程序设计过程中一般有初始化命令、传送ROM命令、传送RAM命令、数据交换命令4个步骤。
　　需要注意的是，无论是单点还是多点温度检测，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS182挂接，读出其序列号。它的工作过程为：主机发出一个脉冲，待&0&电平大于480&s后，复位DA1820，在DS1820所发响应脉冲由主机接收后，主机再发读ROM命令代码33H，然后发一个脉冲(15&s)，并接着读取DS1820序列号的1位。用同样方法读取序列号的56位。另外，由于DS1820单线通信功能是分时完成的，遵循严格的时隙概念，因此系统对DS1820和各种操作必须按协议进行，即初始化DS182(发复位脉冲)&发ROM功能命令&发存储器操作命令&处理数据。
　　在正常测温情况下，DS1820的测温分辨率为0.5℃。这对于精度要求高的场合有所不足。在详细分析DS1820测温原理的基础上，采取直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法，将DS1820的测温分辨率提高到0.1～0.01℃。图4为软件设计的总流程。
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　　4 结语
　　虽然DS1820具有测温系统简单，测温精度高，连接方便，占用口线少等优点，但在实际应用中还应注意以下几方面的问题：
　　系统硬件虽然简单，但需要相对复杂的软件进行补偿;由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读/写编程时，必须严格地保证读/写时序，否则将无法读取测温结果。
　　在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。由于本身存在电阻，距离过长时将导致信号衰减。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50 m时，读取的测温数据将发生错误;当总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离可达150当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离能进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和的问题。
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Abstract II
第一章? 绪论 1
1.1? 课题背景 1
1.2本课题研究意义 2
1.3本课题的任务 2
1.4系统整体目标 3
方案论证比较与选择 4
2.1 引言 4
2.2方案设计 4
2.2.1? 设计方案一 4
设计方案二 4
2.2.3? 设计方案三 4
2.3 方案的比较与选择 5
2.4 方案的阐述与论证 5
第三章 硬件设计 7
3.1? 温度传感器 7
3.1.1 温度传感器选用细则 7
3.1.2? 温度传感器DS18B20 8
3.2.单片机系统设计 15
3.3 显示电路设计 18
键盘电路设计 20
3.5 报警电路设计 21
3.6 通信模块设计 22
3.6.1 RS-232接口简介 22
MAX232芯片简介 23
PC机与单片机的串行通信接口电路 24
第四章 软件设计 26
4.1? 软件开发工具的选择 26
4.2 系统软件设计的一般原则 27
4..3系统软件设计的一般步骤 27
软件实现 28
4.4.1系统主程序流程图 28
4.4.2 传感器程序设计 28
4.4.3 显示程序设计 34
4.4.4 键盘程序设计 36
4.4.5 报警程序设计 38
4.4.6 通信模块程序设计 39
第五章 调试与小结 41
参考文献 43
系统电路图 44
系统程序 45
随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。本课题以AT89C51单片机系统为核心，能对多点的温度进行实时巡检。DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简
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基于DS18S20的多点温度测量系统的设计
[导读] 摘 要： 该系统通过利用单片机AT89S52来控制温度传感器DS18S20来实现多点温度的探测，并通过LCD1602显示，来实现对某一区域温度的全面控制，最终将结果通过串口通信传输给计算机来实现实时监控。该系统结构简单、控制方便、开发成本低、性能稳定，具有广泛的应用前景。
　　李有兵 林书句
　　(广州城建职业学院 信息工程系 广东 广州 510925)
　　中图分类号：TH81 文献标识码：A 文章编号：12)
　　温度是中主要参数之一，而传统的模拟式设计中，电路结构复杂，抗干扰性差，受环境影响较大，参数容易发生偏移，因此精度难以得到保证。因而设计具有精度高、性能好、成本低、功耗低的温度检测系统具有很重要 的 意 义 。 本 系 统 利 用 单 片 机 控 制 单 总 线 温 度 传 感 器DS18S20来设计多点(4点)温度测量系统，并通过显示出各点的温度情况，并将数据通过串口连接到PC系统上进行实时监控。
　　1 系统硬件设计
　　本温度检测系统由微()、温度采集模块(4个DS18S20)、LCD显示模块()、、键盘和PC机等及部分组成。其系统组成模块图如图1所示。
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　　1.1 单总线简介
　　单总线即1-Wire总线结构，是Dallas Semiconductor公司非常简单并且实用的总线协议，是只要一根数据线的传输方式，所有的1-Wire设备公用一根数据总线。其典型的结构如图所示。并且所有的1-Wire设备在出厂时都有一个唯一的、不能更改的64位ROM序号，这个序列号永远不会与另一个器件重复。因此可以通过ROM序列号来识别器件类型，以便能够从同一条纵向的上的多个1-Wire设备中选择一个设备进行通信。因此在本系统设计中，可以利用单总线来测量多点的温度情况。
　　1.2 DS18S20
　　DS18S20是一种典型的单总线(即1-Wire总线)接口，由Dallas Semiconductor公司生产。DS18S20主要由三大部分组成，分别为位移的64位ROM序列号、以及非易失性温度报警触发器TH和TL。DS18S20可以根据实际要求提供9位高精度的摄氏温度测量值，具有非易失性，用户可以通过编程实现上下触发门限的报警功能。由于其独特的1-Wire总线接口，使得数据的发送和接收只要一个引脚就可以实现，由于控制DS18S20只要极少的I/O引脚资源，特别适合利用单片机来进行控制
　　由于用于DS18S20的供电电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。在加上DS18S20在出厂时都有唯一的ROM序列号，使得可以将多个DS18S20同时连在一根单总线上，来实现多点分布温度的测试。本系统就是基于这个特点来实现多点温度的测量。
　　1.3 液晶显示模块
　　液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。使得其在袖珍仪表的低功耗的应用系统设计中广泛的应用，例如在利用单片机设计的控制系统中经常用到。在该系统设计中是用来显示4点的温度。是字符型显示器模块是2行&16个字符LCD显示器。该器件由32个字符点陈块组成，可以显示ASCII码中的所有字符。字符型显示器的外形和引角分布、名称以及其具体使用方法请参照该产品的使用说明书。
　　1.4 RS232C串行通信
　　RS232C标准是美国电子工业协会(EIA)是1962年公布1969年最后修订的串行通信协议。该标准规定：数据帧的开始为起始位，数据本身可以是5、6、7或8位，1位奇偶校验位，最后为停止位。数据帧之间用&1&表示空闲位。RS232C在市场上有DB-25、DB-15、DB-9等各种类型，其引脚的定义也各步形同。其中DB-9型使用比较广泛，在该设计中我们采用DB-9型。在RC232C的电气标准中采用的是负逻辑，高电平&1&信号电压的范围为-15V～-3V，低电平&0&信号电压的范围为+3V～+15V。这种高低电平用相反的电压表示，至少有6V的电压差，极大的提高了数据传输的可靠性。但是RS232C不能和TTL电平直接相连，否则将会把TTL电路烧坏。因此在实际应用时必须进行电平转换。在该系统中我们采用比较适合单片系统设计的芯片MAX232来实现EIA电平到TTL电平的转换。
　　2 系统软件设计
　　本控制系统的控制程序里采用C语言设计。C语言相对汇编语言具有其优点。该程序设计主要包括DS18S20的控制、的控制以及串口显示数据程序等。
　　2.1 DS18S20的控制
　　DS18S20的控制包括复位函数(uchar Reset(void))、位写入 函数( void WriteBit( char val))、字节写入函数( void 传输。WriteByte(char val))、位读取函数(uchar ReadBit(void))、 字节读取函数(uchar ReadByte(void))、ROM序列号匹配函数( bit MatchRom( uchar *rom) ) 、 温 度 转 换 函 数 ( voidConvertTemperature( uchar temp_data_h， uchar temp_data_1) )等。
　　2.2 的显示控制
　　的控制包括测忙函数(void check_busy
　　(void))、写命令函数(void write_Command(uchar
　　co))、写数据函数(void write_Date(uchar Dat
　　e))、初始化函数(void it_(void))以及显示函数 ( void dispaly_( uchar a) ) 。 通 过 这 些 函 数就可以运行起来，并根据我们的需要来显示。3 注意事项
　　1)关于单总线上挂载DS18S20数量的问题。值得注意的是DS18S20的有关资料并没有提及关于单总线上挂载DS18S20的数量，但是在实际运用中应该考虑挂载DS18S20数量的问题，特别是进行多点温度测量系统设计时。一般情况下单总线上挂载的DS18S20不应该超过8个，当超过8个时候就要解决总线驱动问题。
　　2)连接DS1820总线长度的限制。当采用普通的信号线进行传输时线长步应该超过50米，超过时会发生传输过来的温度数据错误。当将传输线改为双绞线带屏蔽电缆时，传输距离可以达到150米。因此在实际设计中建议蚕蛹屏蔽4芯双绞线进行传输
　　4 总结
　　该 系 统 通 过 利 用 单 片 机 来 控 制 温 度 传 感 器DS18S20来实现探测4点温度并通过显示，来实现对某一区域温度的全面控制，最终将结果通过传输给计算机。在文章的最后给出了进行该设计的注意事项，具有很好的参考意义。该系统结构简单、控制方便、开发成本低、性能稳定，具有广泛的应用前景。
　　参考文献：
　　[1]赵建领，51系列单片机开发宝典[M].电子工业出版社，2007.
　　[2]蒋辉平等，基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例[M].机械工
　　[3]罗苑棠，Linux驱动程序和系统开发实例精讲[M].电子工业出版社，2009.
　　[4]李明等，单片机原理及应用[M].北京航空大学出版社出版发，2007.
　　[5]王静霞，单片机应用技术[M].电子工业出版社，2010.
　　作者简介：
　　李有兵(1982-)，男，硕士研究生，工作单位：广州城建职业学院，研究方向：应用电子技术、嵌入式技术。
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一、课题名称：
基于单片机的单总线多点温度测控系统
二、指导老师：
三、设计内容与要求
1）、课题概述
MCU作为嵌入式系统的低端产品应用非常广泛，电气信息类专业的学生掌
握了MCU应用系统的设计具有很强的现实意义。通过基于单片机的单总线多点
温度测控系统之全过程，可涵盖电气信息类专业的大部分专业基础课和专业课，
可受到良好的工程设计实践的训练。
2）、设计内容与要求
1.测温范围：-50℃~+120℃
2.测量误差：0.5℃，显示分辨力：0.1℃
3.测量点数：18点，按1#、2#、……18#进行编号。
4.有两种显示方式：
⑴每一分钟显示一个测量点的编号及其温度值，自动切换。
⑵可固定只显示某一个测量点的编号及其温度值。
5.对每一个温度测量点可分别设置温度的上、下限值。
6.当某个温度测量点的温度值超过其上、下限值时，发出声光报警信号，
并累计报警的温度测量点的个数；当显示报警的温度测量点的温度值时，其编
号闪烁显示；可手动切除声光报警信号。
7.硬件电路尽可能简单，便于在工程实践中布线
8.完成实物制作
四、设计参考资料
1.《微机原理与接囗技术》，汪吉鹏，高等教育出版社，2001年。
2.《单片机高级教程》，何立民，北京航空航天大学出版社，2000年。
3.《单片机的C语言应用程序设计》，马忠梅，北京航空航天大学出版社，
4.《计算机控制系统》，清华大学出版社。
5.《EDA技术实用教程》，潘松，科学出版社，2002年。
五、设计进程安排
第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。
第2周：设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。
第3-5周：进行毕业设计，完成说明书初稿。
第6周：第一次检查，了解设计完成情况。
第7周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。
分布式温度测量与控制系统的设计
基于ARM的无线温度测控系统设计
基于CANopen协议的分布式控制系统的研究
基于CAN总线的温度测控系统
基于专家PID控制和COM技术的计算机分布式温压测控系统
温度测控AD592
安徽工程大学
基于单片机AT89C52的CAN总线分布式测控系统的研制,看文件名就知道它的作用了，是学单片机和CAN总线的好资料哦，通过实例教你操作！！！
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