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温度检测及远程数据传系统设计
摘要: 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单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程。
关键词: 数字温度传感器DS18B20；RS485；单片机AT89C51; 温度测量。
一、设计目的和要求
1、主机（PC机）完成数据的整理，显示和打印等工作。
2、要求主控器能对1200米以外的从机（AT89C51）采集的温度值通过串行传输线进行传输。
3、采用集成芯片MAX232C单片机电平转换芯片。
4、单片机实现当前温度值的显示和温度超过设定值时的声光报警系统。 5、采用数字温度传感器DS18B20完成在－55℃--＋125℃范围内温度的采集。 6、单相220V交流电压供电，采用L7805集成芯片,实现＋12V到＋5V的电压。 7、由于系统采用的按键不是很多，所以采用独立式键盘对从机进行相应的控制。
二、设计简介
本系统采用主机（PC机）作为控制中心，与从机（AT89C51单片机）进行远程温度传输。从机完成温度采集，数据显示，键盘设定温度的上限和下线值，在温度设计范围内将启动报警系统，同时将采集到的温度值给传送到PC机。PC机和单片机进行数据通信外还做数据整理、保存、打印等的工作。在PC机和单片机的通讯中，采用国际标准的RS485差分方式接口器件，使通讯的速率和传输距离均大于RS232的标准接口方式，并且用线最少，通讯距离大于1200米，同时系统扩展性好，稍作改动就可以进行多路数据采集和传输。采用数字温度传感器DS18B20直接将采集到的数字信号交给从机进行数据处理。 三、系统介绍
在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。
本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系
统采用 RS-232串行通讯标准，通过上位机（PC）控制下位机（单片机）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。
下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械…等。
1、传感器部分:
在测温系统中,采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。
2、主控制部分:
此方案采用AT89C51八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。
3、系统电路方案图：
传感器模块下位机（AT89C51）显示模块控制模块上位机（PC）传感器模块下位机（AT89C51）显示模块控制模块
四、方案论证
温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。
系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS-485串行通讯的标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。
五．硬件电路设计设计 1、DS18B20性特介绍
1．独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 2．可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ； 3．温度测量范围为－55℃～＋125℃； 4．测温分辨率可达0.0625℃； 5．温度以9位或12位A/D转换。
在DS18B20中，DQ（2）为数字信号输人/输出端；GND为电源地；VDD为外
接供电电源输入端。DS18B20采用3脚TO-126封装，电路如下图所示：
2、温度显示电路
设计采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示，两种方法在本设计中皆可。 3、温度测试电路
这里我们用到温度芯片DS18B20。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。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。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。
DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。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。 DS18B20有4个主要的数据部件：
① 64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。 ② 温度灵敏元件。
③ 非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。 ④ 配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。