DS18B20数字温度传感器的原理及应用分析

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  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、可靠地恒温控制系統。
  参考文献
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