| 上海工程技术大学高职学院 上海 200437 【文章摘要】 本文以STC89S52 单片机为核 心，选用一线式数字温度传感器 DS18B20，设计了多点温度数据采集 仪，可广泛地应用于酒店宾馆、大型 粮仓、酿酒厂、食品加工厂等需要进 行温度检测的场合，设计中采用多总 线并行温度检测，实现了多点温度 的同步检测，程序设计中因无需对 DS18B20 进行识别，因此程序设计简 单，维护方便、温度检测精度高。 【关键词】 STC89S52 单片机；DS18B20 温度传感 器；多点温度测量 1 硬件设计 本文设计的多点温度数据采集仪主 要包括STC89S52 单片机、DS18B20 数字 温度传感器、按键输入模块、LED 显示及 驱动模块，以及报警电路等。系统组成框 图如图1 所示。 图1 系统组成框图 由于DS18B20 具有一线式接口，用于 多点温度检测可极大地简化系统的硬件 设计。多点测温可采取单总线多点巡回检 测和多总线并行检测两种结构。 1.1 单总线多点巡回检测 如图2 所示为单总线多点巡回检测 示意图，八个DS18B20 只占用一个端口。 在单片机访问DS18B20 时，DS18B20 一 般都是充当从机的角色，而单片机就是主 机。所有的DS18B20 均连接到主机的某个 I/O 端口（如P1.0）上，由于每个DS18B20 内部均有一个唯一的序列号（64 位），在系 统安装及工作之前先将主机与DS18B20 逐个挂接，分别读出其序列号并存储在主 机的ROM 中，这样就能够根据序列号对 单总线上挂接的多个DS18B20 进行辨别 与控制了。 单总线多点巡回检测的优点是电 路连接简单，硬件开销小。但由于多个 DS18B20 并联连接，在电气特性上会有 相互影响，当其中某个发生故障（如短路） 时，将会影响其它器件的正常工作，而排 除故障时需要逐个断开其与电路的连 接，这将给维修带来麻烦；其次，多个器 件并联于单总线，在软件设计中需要对 DS18B20 逐一进行识别，整个系统将花大 量时间消耗在器件的序列号查询，以及时 序所要求的延时上，温度检测的实时性和 温度测量的灵敏度大大降低。 1.2 多总线并行检测 如图3 所示为多总线并行检测示意 图，将每个DS18B20 的引脚DQ 与单片 机一组并行口对应相连（如与P1.0~P1.7 相连）。与图2 相比，每个端口上仅有一 个DS18B20 器件，DS18B20 器件相互间 是独立的，无需进行序列号搜索与匹配操 作，省掉了烦琐的读取与匹配序列号的操 作过程。此外，在对连接在同一组端口上 的多个DS18B20 操作时，只需统一地对 这一组并行端口进行操作，即可同时对该 组DS18B20 器件进行同步的命令发送与 数据接收操作，从而达到同步快速读取温 度数据的目的，因而程序设计变得较为简 单。 2 软件设计 单片机通过一线总线访问DS18B20， 需要经过以下几个步骤： 1)DS18B20 的复位；2) 执行ROM 命 令；3) 发DS18B20 开始转换命令；4) 读 取DS18B20 中的温度值。 DS18B2 的复位即是一次访问 DS18B20 的开始，由于采取多总线并行检 测，每根单线总线上仅有一个DS18B20， 故无需读取ROM 中的序列号，可写入跳 过ROM 指令，执行DS18B20 开始转换命 令。 开始转换命令有包括以下几个步骤： 1)DS18B20 复位；2) 写入跳过ROM 的字节命令（0xCC）；3) 写入开始转换命令 （0x44）4) 延迟750~900ms。 转换好的温度会储存到DS18B20 暂 存器字节0 和1。接下来DS18B20 读暂存 数据，包括以下步骤： 1)DS18B20 复位；2) 写入跳过ROM 的字节命令（0xCC）；3) 写入读暂存的功能 命令（0xee）；4) 读入LS Byte，转换结果的 低八位；5) 读入MS Byte，转换结果的高 八位；6)DS18B20 复位，读取暂存结束。 DS18B20 片内有9 个字节的暂存单 元，其中字节0~1 存放的是转换好的温度， 也称为温度寄存器。其中字节0 存放LS Byte（低八位），字节1 存放MS Byte（高八 位）；字节2~3 是用户通过软件来设置最 高报警和最低报警值的；字节4 是用来配 置转换精度（9~12 位）。 16 位温度寄存器中，字节1 的高5 位 为符号位（负数时为1），字节0 的低4 位 均为小数数位，数据处理中，存在着如何 表示温度值的正负，以及如何处理显示精 度的问题如图4 所示。 图4 数据处理流程图 读暂存数据转换为十进制值的步骤 如下： 1) 整合LS Byte 和MS Byte 的数据；2) 判断该温度值的正负，并置标志位；3) 求 得十进制温度值； 需要注意的是，在确定了显示精度 后，若显示一位小数则十进制温度值乘以 0.625，若显示两位小数则十进制温度值乘 以乘以 6.25，，从而将十进制数值中的“个 位”求出。 3 结束语 本文设计的多点温度数据采集仪，其 核心是DS18B20 与单片机的接口及程序 设计。针对DS18B20 的特点，探讨了两种 DS18B20 与单片机接口方式的利弊，分析 了单片机访问DS18B20 的工作过程，并通 过程序设计流程图给出了温度值的正负 及显示精度不同（分辨率0.0625）的数据 处理方法。 【参考文献】 [1] 付浩伟, 向凤红等. 基于DS18B20 传感器的温度数据采集系统的设计 [J]. 机械工程与自动化,2007(6) [2] 方尔正, 王燕. 无线传感器网络 的温深测量系统设计[J]. 宁波职业 技术学院学报,2009(2) [3] 王伟, 李树荣. 基于8051 单片机 温度采集及无线发送[J]. 现代电子 技术,2011(1) [4] 芮长颖, 陈富林. 基于AT89S52 单片机的空调温度控制系统设计 [J]. 装备制造技术,2010(5) 【作者简介】 彭远芳，女，1968.11，籍贯：重庆，副 教授，硕士，研究方向：微型计算机 控制 |
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