基于传感器的温度报警器的设计 - 图文(2)

1引言

1.1 课题背景

当今社会温度的测量与控制系统在生产与生活的各个领域中扮着越来越重要的角色，大到纺织厂，工业冶炼，环境检测，电力机房，冷冻库，粮仓，医疗卫生等方面，小到家庭冰箱，空调，电饭煲，太阳能热水器等方面都得到了广泛的应用，温度控制系统的广泛应用也使得这方面研究意义非常的重要。

在某些特定环境内使用自动温度报警器来对温度进行实时监测并做到超温报警很有必要，使用单片机来实时控制温度报警系统则是其中的一种重要方式。

1.2 研究内容和意义

本温度报警器以STC89C52RC单片机为控制核心,由一数字温度传感器DS18B20测量被控温度，结合7段LED以及驱动LED的74LS245组合而成。当被测量值超出预设范围则发出警报，且精度高，适用于大多数工业生产以及教育教学领域。

温度是一种最基本的环境参数，它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。因此，研究温度的测量和控制方法具有重要的意义。

数字温度传感器 STC89C52RC 单片机 译码显示电路 双限报警系统 图1-1 设计原理

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2 芯片介绍

2.1 DS18B20概述

DS18B20是美国达拉斯（Dallas）公司生产的一种单数字温度传感器芯片，不同于传统的热敏电阻，DS18B20能将被测信号直接转换为串行数字信号来供单片机处理，通过对DS18B20编程可以实现9～12位的温度读数，可在93.75ms内完成9位和750ms内完成12位的数字量。其测温范围-55℃～+125℃，分辨率可达0.0625℃，在-10℃～+85℃范围内测量精度为±0.5℃。DS18B20具有体积小、功耗低、抗干扰能力强的、易于连接微处理器等特点，且测温方便，只需一根I/O口线即可与单片机交换信息，其读写和温度转换的功率可直接来源于数据总线，不需额外电源。除此，每片DS18B20在它的内部ROM中存放有唯一的产品序列号，单片机能很简单的就识别这个序列号。如此，DS18B20特别适合构成多点温度测控系统，只需多个芯片挂于一条单线总线上即可。

2.1.1 DS18B20封装形式及引脚功能

当前温度传感器种类繁多，其中美国达拉斯公司生产的DS18B20性能和品

质尤其优越，因此我们设计中选用该元件。其正常工作电压为3.0~5.5V，测温范围为零下55摄氏度（华氏-67度）到125摄氏度（华氏257度）。本元件有两种封装规格，一种是8引脚SIOC封装，另外一种是T0-92封装，其外形和普通TO-92封装的几乎一样，但是该封装下元件仅有三个引脚：VCC、GND和DQ（数据传输线）在使用的过程中该元件比较方便使用。其两种封装格式和外形如图2-1所示。

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图2-1 DS18B20封装形式和引脚功能

如图2-1所示，DS18B20的外形如一只三极管，引脚名称及作用如下： GND:接地端。

DQ：数据输入/输出脚，与TTL电平兼容。

VDD：可接电源，也可接地。因为每只DS18B20都可以设置成两种供电方式， 即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时VDD接地，可以节省一根传输线，但完成数据测量的时间较长；采用外部供电方式则VDD接+5V，多用一根导线，但测量速度较快。

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2.1.2 DS18B20内部结构

64位ROM和单线接口 DQ 内部电源C 存储和控制逻辑 温度传感器 高温触发器低温触发器匹配寄存器 8位CRC发生 高速缓存器 VDD 电源检

图2-2 DS18B20内部结构

图2-2中出示了DS18B20的主要内部部件，下面对DS18B20内部部分进行简单的描述[4]: (1)64位ROM：

64位ROM是由厂家使用激光刻录的一个64位二进制ROM代码，是该芯片的标识号，如表2-1所示：

表2-1 64位ROM标识

8位循环冗余检验 MSB LSB

48位序列号 MSB LSB 8位分类编号（10H） MSB LSB 第1个8位表示产品分类编号，DS18B20的分类号为10H；接着为48位序列号。它是一个大于281*1012的十进制编码，作为该芯片的唯一标示代码；最后8位为前56位的CRC循环冗余校验码，由于每个芯片的64位ROM代码不同，因此在单总线上能够并接多个DS18B20进行多点温度实习检验。 （2）温度传感器：

温度传感器是DS18B20的核心部分，该功能部件可完成对温度的测量通过软件编程可将-55~125℃范围内的温度值按9位、10位、11位、12位的分辨率进行量化，以上的分辨率都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5℃、

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0.25℃、0.125℃、0.0625℃，即最高分辨率为0.0625℃。芯片出厂时默认为12位的转换精度。当接收到温度转换命令（44H）后，开始转换，转换完成后的温度以16位带符号扩展的的二进制补码形式表示，存储在高速缓存器RAM的第0，1字节中，二进制数的前5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测得的数值乘上0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测得的数值需要取反加1再乘上0.0625即可得到实际温度。 （3）高速缓存器：

DS18B20内部的高速缓存器包括一个高速暂存器RAM和一个非易失性可电擦除的EEPROM。非易失性可点擦除EEPROM用来存放高温触发器TH、低温触发器TL和配置寄存器中的信息。 （4）配置寄存器：

配置寄存器的内容用于确定温度值的数字转换率。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第5个字节，该字节定义如表2-2所示：

表2-2 匹配寄存器

TM R0 R1 1 1 1 1 1 TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动；R1和R0用来设置分辨率；其余5位均固定为1。DS18B20分辨率的设置如表2-3所示：

表2-3 DS18B20分辨率的设置

R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 分辨率 9位 10位 11位 12位 最大转换时 /ms 93.75 187.5 375 750 DS18B20依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立ROM 操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面5个ROM 操作命令之一：

1）读ROM；

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