基于DS18B20的多路温度检测系统设计

任志华，李永红

（中北大学，山西太原 030051）

0 引言

随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度这一因素，许多产品对温度要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的特点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定[1-2]。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、精确度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。

本文采用单总线数字温度传感器DS18B20和单片机AT89C51构成的温度测量装置,它可直接输出温度的数字信号[3]。测温系统结构简单，体积也不大,而且AT89C51可以带多个DSB1820，可以非常容易实现多路测温，轻松的组建传感器网络。

1 系统硬件整体结构设计

本系统由单片机AT89C51、显示电路、串口通讯电路、报警电路、数据存储和上位机组成。单片机AT89C51的I/O线作为总线可以挂接多个温度传感器DS18B20，I/O总线处于高电平时，可以为数字温度传感器提供电源。单片机AT89C51通过巡回检测，获取各点温度，贮存在数据存储卡上，通过MAX232串行通信接口接上位机，同时可以送显示器进行显示，并且温度超限时可以报警。系统硬件整体结构设计框图如图1所示。

图1 硬件整体结构框图

2 系统主控模块设计

2.1 温度测量电路设计

本文为多路温度测试，因此DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但实践应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过80 m，否则也会影响到数据的传输。在这种情况下我们采用分组的方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。

2.2 温度显示电路设计

在本文中选择液晶显示模块LCD1602，它是一种可编程器件，可以显示两行，每行16个字符，采用单+5 V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比，可以定时循环检测和通过LCD1602显示多路的温度，因此选择LCD1602。

2.3 串口通讯电路设计

AT89C51有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。其电路如图2所示。

2.4 报警电路设计

在实际的工作中，工作的温度可能会超出设定值的范围，在本文中，如果外界温度低于9℃或高于85℃，系统将产生报警声音，并且对应的LED同步闪烁，LED-YELLOW为低温闪烁，LED-RED为高温闪烁。

3 整体电路图

整体电路图如图2所示。

图2 整体电路图

4 软件设计

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，软件设计部分采用模块化设计和C语言编程，主程序流程图如图3所示。

图3 主程序流程图

图4 温度采集流程图

通过对多个DS18B20进行操作就能实现对温度的采集，程序中对DS18B20的操作主要有几个步骤：初始化；搜索DS18B20；匹配DS18B20；发送温度转换指令；读取温度值[5]。其温度采集流程图如图4所示。

5 仿真实验结果

通过对各个部分电路的设计，本文基本上实现了对4路温度的测量和控制。以AT89C51作为控制主机，以单总线数字温度传感器DS18B20作为现场测温元件，当外界温度低于-20℃或高于70 ℃时，具有报警功能。

6 结论

数字温度传感器DS18B20具有测量速度快、精度高、智能化等特点，以AT89C51作为控制主机组成的多路温度采集系统可靠性高、维修方便、抗干扰性能好、具有CRC校验功能，适用于各种温度检测和控制系统。因此，在大型仓库、工厂、医疗与健诊等系统需要多点温度检测中有着广阔的应用前景。

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