温度传感器数字温度传感器DS18B20原理与运用设计

摘要 本文介绍了数字温度传感器DS18B20的工作原理，并给出了一种DS18B20和PIC16F873A单片机构成的多点温度测控系统的硬件应用电路设计及软件设计。
关键词 数字温度传感器 温度测控系统
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一、引言
在传统的温度测量系统中，由于采用了模拟器件，温度测量精度低且容易受干扰，本文设计了一种温度测控系统，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器DS18B20，该数字温度传感器具有体积小、精度高、适用电压宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。

二、工作原理

DS18B20的测温原理框图如图1所示。计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数。低温度系数振荡器的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数振荡器随温度变化其振荡率明显改变，产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1对脉冲信号进行减法计数，当预置值减到0时，温度寄存器的值加1，重新装入计数器1的预置值，重新计数，如此循环直到计数器2计数到0，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1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。

三、多点温度测控系统设计

(一)系统组成。

本文设计了一种基于单片机的多点自动温度测控系统，该系统由加温系统、测温系统和单片机组成。温度控制系统框图如图2所示。

(二)测温系统。

测温系统使用了三个温度传感器DS18B20（可扩展），可对三个独立部分分别进行检测。DS18B20采用外部电源供电方式，即DS18B20工作电源（3V-5.5V）由VDD引脚接入，GND引脚接地，给读写及温度变换提供足够的能量，保证了转换精度。另外DS18B20直接将温度转化成数字信号，以数字码方式串行输出，且与TTL电平兼容，因此直接与单片机连接，实现数据采集。DS18B20多点测温电路原理图如图3所示。

(三)加温系统。

加温系统由直流固体继电器SSR和加温器组成， SSR作为开关，单片机控制加温器加热，并有单独的电路为加温器供电，实现“电器隔离”。原理图如图4所示。
直流固体继电器SSR为四端有源器件，输入、输出端可靠隔离，当输入端加控制信号时，输出端就进行开或关的转换，具有可靠性高、开关速度快和功率小等特点。

(四)软件设计。

软件设计是整个系统的关键。多个器件挂在

摘自：毕业论文文献格式www.udooo.com

一条总线上，为了识别不同的器件，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS18B20挂接，读出其序列号。另外，由于DS18B20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DS18B20的各种操作必须按协议进行，即初始化DS18B20（发复位脉冲）->发ROM功能命令->发存储器操作命令->处理数据。系统对DS18B20操作的总体流程图如图5所示。
自动温度测控系统软件设计流程图如图6所示，将设定的温度信号输入给单片机，测温电路采集现场温度信号反馈给单片机，单片机将检测到的温度与设定温度进行比较，一旦出现温度高于或低于设定温度，自动发出信号，并可指示发生地点，及时输出控制信号给加温控制电路，实现加温控制。
四、结论
本文设计了一种基于单片机的多点自动温度测控系统，微处理器采用8位单片机PIC16F873，测温采用数字温度传感器DS18B20。通过摸底试验，结果表明该控制系统设计方案合理可行，具有成本低廉，操作简便灵活，可靠性高等优点。
（作者：范刚，就职于南京市金陵技工学校（原南京市农垦技工学校），从事体育及基础文化课教学；李海迪，就职于南京市金陵技工学校（原南京市农垦技工学校），从事文化基础课教学）