DS18B20温度传感器巡回检测温度报警器设计

DS18B20温度传感器巡回检测温度报警器

设计

摘要：随着电子技术的发展，家用电器和办公设备的智能化、系统化已成为发展趋势，而这些高性能几乎都要通过单片机实现。同时，温度作为与我们生活息息相关的一个环境参数，对其的测量和研究也变得极为重要。故温度检测报警系统在现代生活、生产中得到了越来越广泛的应用。本论文介绍了采用温度传感器DS18B20作为温度采集器、AT89S51单片机为主控制器，外加显示模块以及报警电路实现该智能温度测量报警器的设计方法、工作原理、电路组成等。关键词：DS18B20，单片机，温度控制，报警

1绪论

温度是与人们生活息息相关的环境参数，许多情况下都需要进行温度测量及报警，温度测量报警系统在现代日常生活、科研、工农业生产中已经得到了越来越广泛的应用。所以对温度的测量报警方法及设备的研究也变得极其重要。随着人们生活水平的不断提高以及应对各种复杂测量环境的需要,我们对温度测量报警器的要求也越来越高，利用单片机来实现这些控制无疑是人们追求的目标之一，它带给我们的方便是不可否定的。其中温度检测报警器就是一个典型的例子。要为现代人工作、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，向数字化，智能化控制方向发展。

本设计所介绍的温度报警器，可以设置上下限报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。与传统的温度测量系统相比，本设计中的数字温度测量报警系统具有很多前者没有的优点，如测温范围广而且准确，采用LCD数字显示，读数方便等。

1.1温度报警器的研究意义

随着电子技术的发展，家用电器和办公设备的智能化、系统化已成为趋势，而这些高性能几乎都要通过单片机实现。同时，温度作为与我们生活息息相关的一个环境参数，对其的测量和研究也变得极为重要。故温度检测报警系统在现代生活、生产中得到了越来越广泛的应用。

工业生产带动了人类社会的进步，同时也促进了各种新的传感器的发展。在工业生产中温度的准确测量是一个比较困难的事情。从最初的酒精、水银温度计到现在的数字化、集成化的温度计可见传感器的发展是飞快的。它的快速发展必将带来新一轮的工业化革命和社会发展的飞跃。

本设计所介绍的温度报警器可以设置上下限报警温度，当温度不在设定范围内时可以报警，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它具有结构简单,不需外接元件,可由用户设置温度报警界限等特点,可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。目前,该类产品已在温控系统中得到广泛的应用。所以设计意义较为深远。

1.2 温度报警器的现状及发展

温度是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般采用各式各样形态的温度传感器。根据它们在讯号输出方式上的不同可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器。单片机技术的出现则是为现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、可靠性高、性价比高、开发较为容易等特点，在工业控制、数据采集、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到了极为广泛的应用，并已走入我们的日常生活，现在，随处都可以看到单片机的踪影。目前温度报警器的发展已经比较成熟了，它能帮助我们实现想要的温度控制，解决身边的很多问题。

1.2.1 智能温度传感器

智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

1.2.2 传感器发展趋势

现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器，它被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器／控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

2 硬件设计

2.1 总体设计方案

本设计是一个基于单片机的温度测量电路，传统的温度检测系统采用热敏电阻等温度敏感元件，热敏电阻虽然成本低，但是需要后续信号处理、A/D转换处理等才能将温度转换成数字信号，不但电路复杂，可靠性和精度也相对较低，在应用中还需要解决引线误差补偿、干扰等问题，故传统方案不可取。进而非常容易考虑到使用温度传感器，在单片机电路设计中，单片机除了可以测量电信号外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛的应用于很多领域。单片机的接口信号是数字信号，要用单片机作为控制器测量温度这类非电信号，就要使用温度传感器将温度信息转换为电流或者电压信号输出，如果转化的信号是模拟信号，还需要进行A/D转化，以满足单片机接口的需要。进一步联想到可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，成功地进行温度采集以后，就可以利用单片机进行数据处理，然后通过LCD将温度显示出来，就可以满足设计要求。硬件部分设计主要包括：测温电路、传感器电路及测温电路与单片机的接口、报警电路与单片机的接口等组成的。

本设计中，温度传感器采用DS18B20，控制器采用AT89S51，显示电路采用LED数码管显示器实现，总体方框图如下：

图3.1 总体方框图

在研究出总体设计方案后，在这一阶段主要的主要工作是查阅各芯片资料，熟悉其功能特性和技术参数，同时学习PROTEL DXP软件，用其绘制出硬件原理图，然后继续分析各结构，查阅国内外相关技术资料，查缺补漏，反复修改设计方案，力求完美；通过原理图绘制PCB图；制作PCB板，购买所需元件，完成硬件方面的设计。

2.2系统器件的选择

2.2.1 单片机的选择

AT89S系列的单片机是能用下载线进行在线编程的 ISP，使用简单的HC244电路，就可以通过电脑上面的程序来进行对单片机的编程,是无须拆下来放到笨重的编程器上面写片子的。AT89C系列则没有这个功能并且C系列无法调试。2.2.2温度传感器的选择

本设计主要应用在机房、粮仓等地，测量温度在-20到+75摄氏度之间，

ds18b20温度测量范围从-55到+125摄氏度，精度为±0.5 ° C，适合设计要求，所以传感器选择ds18b20温度传感器。

2.2.3显示模块的选择

1601显示一行的16个字符，1602显示两行的16个字符,1602海可以显示汉字，满足设计要求，所以选择LCD1602显示模块。

2.3传感器模块DS18B20

温度传感器是该系统的关键器件，本设计采用的DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一款改进型智能温度传感器，它集温度测量、A/D 转换为一体，其温度测量范围从-55OC到+125OC，精度为±0.5 ° C，可在1秒钟内把温度变换成数字。DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，也就是说，它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个I/O端口即可以