DS18B20数字温度传感器的原理及应用分析

丘素芳

摘 要：单片机技术已经深入到我们的日常生活中，对我们的生活影响越来越大，单片机技术这几年发展比较快，本文介绍的温度检测器由单片机来控制，基于实际，选取体积微小，抗干扰能力强，精度非常高的温度传感元件DS18B20，它通过采集温度，可以实现实时测量温度，从而实现实时控制温度。

关键词：温度单片机DS18B20

引言

在我们生活不断进步的过程中，生活智能化、工作智能化随着人们对生活便利要求的提高而变得越来越普遍。温度，人的感官中重要的组成部分，一个合适的温度能让人感觉到舒适满意，进而影响到心情。所以，怎样将室内的温度进行准确测量，是非常重要的，也是调节室内温度和工业控制温度的一个依据。检测温度、进而控制温度就是一个典型的例子，人们越来越需要更加合适的温度，它可以为现代人的工作生活提供更好的更舒适的设施，单片机技术不断发展创新。本保温控制系统有很多的优点，例如读数方便、显示数字化的数值、测量的温度范围也较大，温度控制比较准确，相应的工作方式也可以以数码管的形式显示，测量的温度以数字的形式显示，非常适用于对温度要求非常严格的环境和行业，该设计使用单片机STC89C51，最终实现实时检测温度、实时控制。

一、单片机最小系统

（1）晶振

单片机的核心部分就是晶振，属于系统的基本组成部分。晶振电路可以提供所需要的信号。单片机XIAL1和XIAL2分别接30pf，中间还需要并接晶振，形成晶振电路。

（2）复位电路

当启动单片机的时候，需要先复位，在这样的情况下，部件就会处于初始状态，从而避免了单片机程序的跑飞。当系统运行时，RST输出高电平，而且至少需要2个周期，CPU可以相应，系统开始复位。两种复位方式分别为手动复位和上电复位。

二、方案论证

方案一：采用的DS18B20温度传感器，它作为测温元件，与传统的原件相比，测量起来非常的方便，温度范围更加广泛，测量准确，掉电保持上下限温度值，以数字的形式显示温度，以单总线进行通讯，精度非常的高，需要单片机连接到3线，外面的电路就可以大大减少，成本是非常的低的，容易使用。

方案二：采用模拟的温度传感器AD590k，它有着很高的精度，测量精度较高。但是最后测量出来的数值需要放大、转换，最后才能传导给单片机，显得非常麻烦，电路也异常复杂，所以此控制系统不采用这种元件作为传感器。

结合以上方案，本设计采用第一种方案的温度传感器原件作为温度采集器。

三、DS18B20数字温度传感器简介

（1）DS18B20测温介绍

DS18B20可以把温度直接转换成数字，便于读数，以此让单片进行处理，具有很多的优点。例如可以抗干扰等等。用DS18B20可以组成一个电路结构简单的测温系统。到目前为止，已经被越来越多的行业投入使用，例如蔬菜大鹏温度检测等多个行业。通过编程，DS18B20可以用数字来显示检测到的温度数值。DS18B20仅仅需要单线的接口，所以在单片机和DS18B20之间，不再需要其它的线。数据线本身是可以提供电源的，可以用于其中的各个方面，不再使用其它电源。DS18B20适用于多地溫度测控系统。

（2）DS18B20功能介绍

1.很特别的接口方式，一个脚与单片机进行连接，DS18B20只需要一个接线口就可以连接到微型处理器，却可以实现双向通讯。

2.不要需要其他的外部的原件。

3.可用数据线进行供电。

4.0.5度的测温分辨率。

5.直接以数字的形式读取数值。

6.用户可根据自身需求设置报警上下限值。

7.可以同时测量多个测点的温度，只需将多个测点并联在一条线上即可，达到多点测量的效果。

8.保护特性：对电源起到保护作用，即便电源的极性接反，也不会损坏设备，但不能正常工作。

（3）DS18B20的工作原理

DS18B20的工作原理非常简单，与其它温度传感器相比，读取的数值的小数点的位数不一样，温度转换非常的快。当晶振的温度系数较低时，受温度影响较小，将产生的脉冲传导给计数器1。当晶振的温度系数较高时，，当温度变化的时候，振动的频率也是要发生变化的，得到的脉冲传导给计数器2。计数器和温度寄存器都有一个基本的数值。计数器1当遇到温度系数较低的晶振时，要是用减法进行计算，计数器减1，温度寄存器加1，重新计算计数器1的数值，计数器1对传导过来的数值重新进行加减，这样不停的循环，当计数器2变为0的那一刻，不再对温度寄存器进行加减，而此时，温度寄存器上所显示的数值，就是所需要测量的温度。

四、DS18B20应用

本设计是以ST89C52单片机的恒温控制系统为基础，有两个部分，硬件和软件，其中硬件方面包括：传导温度的温度传感器、显示面板、控制系统和报警系统；DS18B20在使用的时候与数码管进行结合，可以实时显示目前的温度，操作非常简单，一秒钟刷新一次，如果温度异常，蜂鸣器则做出报警指示。

软件方面包括很多方面，有程序设计的显示部分、控制程序部分以及报警的编程设计部分。编程可以对其进行调试，但是需要和硬件部分进行结合，可以调节元件的最开始的温度，并且实时显示，当温度传感器的温度超出正常温度值的范围后，指示灯亮并且报警。另外当温度传感器达到最低或最高某一个值时，想要达到一个特定的温度，可以散热或者加热。

本设计可以应用于各个行业，例如温室大棚、锅炉测温等等各个行业，体积微小，使用方便，实时监测，适用于狭小空间的设备进行温度数字测量以及控制领域。对现实生活所需的温度控制具有一定使用价值。

结束语

本系统利用软件算法可以实现对键盘的按键所产生误差的调整、加热散热电路的调整，可以提高系统的安全，使系统更加可靠和稳定。

DS18B20温度传感器和单片机可以和C语言编程技术相结合，可以更加精确的测量温度，减小误差。该温度传感器还可以应用到晶体管PN结实验的物理特性研究中，可以解决显示温度精确测量的问题，进而设计出安全、稳定、可靠地恒温控制系统。

参考文献

[1]赵方，祁泽刚，郑晓.粮库温度的多点检测及远程监控系统[J].农机化研究，2015（05）：86-90.

[2]黄文力，邓小磊. DS18B20数字温度传感器接口程序的时序[J].仪器仪表用户，2011，18（6）：99-101.