基于DS18B20的温度自动控制系统的设计

1.引言

温度是日常生活及工业生产中需要频繁检测及控制的一个量，随着微处理器的高频化及小型化，在电子产品中得到广泛的应用，基于单片机的数字温度计就显得非常普遍和实用。本文采用DS18B20温度传感器，设计了一套基于单片机AT89C51的数字温度自动控制系统。克服了传统温度测量的读数麻烦、测量速度慢、精度低、误差大等缺点，并且可以对温度进行调节。该系统设计电路简单，输出温度用液晶显示，读数更直接，分辨率更高。

2.系统设计

该系统由主控制器、测温电路、显示电路和键盘电路组成。其系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

图2 硬件连线图

图3 DS18B20读写框图

该系统主控制器采用单片机AT89S51，温度传感器为DS18B20，用LCD 128X64液晶显示屏实时显示当前温度及控制温度。键盘电路采用3*4矩阵键盘来设定需要温度。AT89S51的P0.0～P0.4通过上拉电阻分别连接LCD 128X64液晶显示屏的E、R/W、RS、/CS2、/CS1，P1.0～P1.7连接LCD 128X64液晶显示屏的DB0～DB7，P2.0～P2.7接键盘电路。

2.1 AT89S51单片机

本系统选择ATMEL生产的AT89S51单片机，其特性如下：

(1)4KB可编程程序存储器(ROM)；128B内部数据存储器(RAM)；32条双向输入输出线(I/O)；1000次以上的循环写/擦；

(2)有ISP在线编程功能，在改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要4～5V即可；

(3)内部集成看门狗计时器，不再需要外接看门狗计时器单元电路；

(4)电源范围宽达4～5.5V，其工作性能更为稳定。

图4

图5

图6

2.2 DS18B20数字温度传感器

DS18B20是美国DALLAS公司推出的一种改进型智能数字温度传感器。其主要特点如下：

(1)适应电压范围较宽，3.0～5.5V，两种供电方式，寄生电源方式下由数据线供给；

(2)1-wire单总线数据通信方式，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，通过一根端口线与CPU通信；

(3)温度测量范围为—55℃～+125℃，可编程为9～12位的A/D转换精度。

2.3 JDL12864图形点阵液晶显示器

JDL12864主要由行/列驱动器及128*64的全点阵液晶显示器组成，可以显示8*4个（16*16点阵）汉字。其主要特点如下：

(1)电源：VDD，+5V。模块内自带—10V负压，用于作LCD的驱动电压；

(2)内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选)，128个16×8点阵字符；

(3)与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出和8条控制线；

(4)工作温度为—10℃～+50℃。存储温度为—20℃～+70℃；其硬件连线如图2。

3.软件设计

DS18B20的单总线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3所示。

4.Proteus仿真

4.1 仿真步骤

(1)根据硬件设计电路，在Proteus元件库中将所需要的元器件找出；

(2)根据硬件设计电路中各个元件之间的关系，将各个元件连接起来；

(3)检查各元件的排列、连接和元件的型号、大小；

(4)加入“*.HEX”文件；

(5)启动软件仿真演示；

4.2 仿真结果

(1)启动仿真后显示当前温度33.4℃，实际温度为33.5℃；如图4。

(2)将温度设置为85.2℃，显示屏上状态变为加热状态；如图5。

(3)将温度设为12.2℃，显示屏上状态变为降温状态；如图6。

5.结束语

本文设计了基于DS18B20数字式温度传感器的温度自动控制系统，系统已AT89S51单片机作为主控制器，采用LCD12864液晶显示器显示温度，实现了温度的实时采集和精确显示，而且可以通过调节来进行加热或降温，实现温度的精确控制。通过仿真验证，整个系统电路简单，性能稳定，在测温范围内测温准确。

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