传感器与检测技术_课程论文参考模板

课程论文课程名传感器与检测技术专业班级：姓名：学号：指导教师：二Ｏ一三年月日数字温度传感器DS18B20介绍、设计及应用摘要：传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业和朝阳产业。

随着时代的进步和发展，传感器与检测技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍数字式集成温度传感器DS18B20的结构、原理和接口技术，以及一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。

该温度计具有简单、稳定、实用、精度高等优点。

关键词：传感器，数字温度计，报警，DS18B20，STC89C52RC1引言随着人们生活水平的不断提高, 传感器与检测技术、单片机控制技术无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中基于数字温度传感器DS18B20设计的数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为人们工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

我们首先介绍数字式集成温度传感器DS18B20的结构、原理和接口技术，然后介绍其设计及应用。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机STC89C52RC，测温传感器使用DS18B20，报警提示模块采用蜂鸣器报警，用LCD1602液晶显示器实现温度显示,能很好的达到以上要求。

2数字温度传感器DS18B20介绍2.1简介DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO －92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

2.2 DS18B20的内部结构DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。

图1 DS18B20的内部结构图2 DS18B20的管脚排列ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。

64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。

ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。

高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。

高速暂存器是一个9字节的存储器。

开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。

2.3 DS18B20的工作时序DS18B20的一线工作协议流程是：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，如图3（a）（b）所示。

(a)初始化程序(b)写时序图3 DS18B20的工作时序图3数字温度传感器DS18B20设计及应用3.1 基本设计构想如图4，预设定的正常温度范围是25℃到30 ℃。

当温度低于25℃时，蜂鸣器报警提示，当温度回升到正常温度范围，停止报警提示；当温度高于30℃时，蜂鸣器报警提示，当温度回落到正常温度范围，停止报警提示。

图4基本设计构想(1) 硬件组成和设计原理图5 温度报警系统仿真原理图如图5为该温度报警系统仿真原理图，主要分四大模块。

温度采集模块，主控模块，显示模块和报警提示模块。

(2) 核心算法设计图6 核心算法(3) 软件程序设计调试※程序见[附录Ⅰ]※经仿真调试完全达到了设计预定的要求，之后购买相应元器件认真焊接电路板，制作出设计实物，实物如图7。

图7 实物照片再调试实物，测试记录，得到以下数据，最终所有要求达到，完成本设计。

表1 测试数据记录表4总结与体会经过本学期对传感器与检测技课程的学习，我充分运用所学知识以及前段时间参加我院电子设计大赛之后所积累的经验，理论与实践相结合，终于完成了我的数字温度报警设计，而且达到了预期的设计要求，也让老师查看了我的设计实物，在此期间让我收获了很多，我很开心，也很感谢老师。

在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前没做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。

从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。

5 致谢6 参考文献[1]阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989[2]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，1998[3]李广弟.单片机基础［Ｍ］.北京：北京航空航天大学出版社，1994[附录Ⅰ：C程序]#include<reg52.h>#include <intrins.h> //使用_nop_()函数#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*************************************************///函数申明///*************************************************/void delay(uchar k); //标准延时函数void delay1(uint s); //LCD延时函数void init(); //初始化显示void init_18b20(); //复位ds18b20void write_18b20(uchar dat); //写ds18b20数据uchar read_18b20(); //读ds18b20数据void read_word_18b20(); //读数据并转换温度,进行显示void disp_tp(); //温度显示void init_LCD(); //初始化LCD1602void write_data(uchar date); //写LCD1602显示数据void write_com(uchar com); //写LCD1602指令void sw(); //按键扫描，修改报警上下限值void sw_disp(); //显示修改报警上下限界面sbit DQ=P1^7; //ds18b20数据线引脚sbit rs=P2^0;sbit rw=P2^1;sbit en=P2^2;sbit P10=P1^0; //蜂鸣器报警引脚，P10=1时报警sbit k0=P3^0; //4个按键：k0--加上限值，k1--减上限值，k2--加下限值，k3--减下限值sbit k1=P3^1;sbit k2=P3^2;sbit k3=P3^3;uint tvalue; //温度值uchar tflag; //温度正负标志uint i,j,kk=0,key=0; //kk控制上下限值修改界面显示，key控制温度界面显示uint temph=30; //初始上限值uint templ=25; //初始下限值uchar code dis0[]={"Welcome!"};uchar code dis1[]={0x00,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x00}; //初始化等待界面，进程的代码uchar code dis2[]={"temperature:"};uchar code dis3[]={0x06,0x09,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, //温度符号代码（。

）0x00,0x00,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06};//温度符号代码（C）uchar code dis4[]={"Change password:"};uchar code dis5[]={"H:L:"};uchar data temp_data[5]; //储存温度值的数据/*************************************************///主函数///*************************************************/void main(){init(); //初始化显示init_LCD(); //初始化LCD1602 ss: init_18b20(); //复位ds18b20read_word_18b20(); //读数据并计算转换温度,显示温度值if(((tvalue/10)%100)<templ)P10=1; //温度低于下限值，报警else if(((tvalue/10)%100)>=temph)P10=1; //温度高于或等于上限值，报警else P10=0;kk=0;sw();goto ss;}/*************************************************///开机初始化显示----欢迎等待界面///*************************************************/void init() //初始化显示{uchar n,a,b,temp;P10=0;P3=0x0f;init_LCD(); //初始化LCD1602 write_com(0x84);for(n=0;n<8;n++){write_data(dis0[n]);delay1(10);}delay1(100);write_com(0x40); //写1602，RAM地址for(a=0;a<8;a++) //写入自定义字符，用于LCD显示{write_data(dis1[a]);}temp=0xc0; //赋初始化显示，进程标志的初始地址for(b=0;b<16;b++) //显示进程标志的进度{write_com(temp); //写进程命令write_data(0); //显示进程标志delay1(80);temp++;}delay1(500);}/*************************************************/void init_LCD() //初始化LCD1602{write_com(0x01); //清屏write_com(0x38); //8位数据，双列，5*7字形write_com(0x0c); //开启显示屏，关光标，光标不闪烁write_com(0x06); //显示地址递增，即写一个数据后，显示位置右移一位write_com(0x80); //写LCD初始显示地址}/*************************************************/void write_com(uchar com) //写LCD1602指令{rs=0; //选择指令寄存器rw=0; //选择写P0=com; //把命令字送入P0delay1(5); //延时一小会儿，让1602准备接收数据en=1; //使能线电平变化，命令送入1602的8位数据口en=0;}/*************************************************/void write_data(uchar date) //写LCD显示数据{rs=1; //选择数据寄存器rw=0; //选择写P0=date; //把要显示的数据送入P0 delay1(5); //延时一小会儿，让1602准备接收数据en=1; //使能线电平变化，数据送入1602的8位数据口en=0;}/*************************************************///复位ds18b20///*************************************************/void init_18b20(){uchar text=1;while(text){while(text){DQ=1;_nop_();_nop_(); //从高拉倒低DQ=0;delay(50); //550 usDQ=1;delay(6);text=DQ; //判断DS18B20是否存在// P3=0x80; //存在，则蜂鸣器发出短暂鸣声,若不存在，则一直蜂鸣报警}delay(45);text=~DQ;// P3=0x00;}DQ=1;}/*************************************************///写18b20数据///*************************************************/void write_18b20(uchar dat){uchar t;for(t=8;t>0;t--){DQ=1;DQ=0; //从高拉倒低_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=dat&0x01; //写数据，从低位开始delay(6);dat>>=1; //8位数据，一位一位的写入ds18b20 }DQ=1;}/*************************************************///读18b20数据///*************************************************/uchar read_18b20(){uchar t;uchar value=0;for(t=8;t>0;t--){DQ=1;value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ)value|=0x80;delay(6);}DQ=1;return(value);}/*************************************************/void read_word_18b20(){uchar x,y;write_18b20(0xcc); //发命令:Skip ROM，跳过读序列号write_18b20(0x44); //启动温度转换init_18b20();write_18b20(0xcc); //发命令:Skip ROM，跳过读序列号write_18b20(0xbe); //读取温度x=read_18b20(); //温度值低8为存入xy=read_18b20(); //温度值高8为存入ytvalue=y; //整合温度值的低8位与高8位：tvalue<<=8; //左移8位，即将温度值的高8位数据移入16位整形变量tvalue 的高位，tvalue|=x; //再与温度值的低8位相或，即将低8位数据存入tvalue低位中，完成数据整合if(tvalue<0xfff)tflag=0;else{tflag=1;tvalue=(~tvalue)+1;}tvalue*=0.625;//扩大10倍，换算出温度值，显示一位小数。