DS18B20在温度监测系统中的应用

　　1　温度监测系统的组成

　　在温度监测中,由单片机80C52为主控制器所组成的数据采集系统以及外部接口模块主要有温度传感(DS18B20)、数字编码器、LED七段码显示器及键盘、时钟控制器、数据存储器和通信模块,系统硬件总体框图如图1所示。

　　由于所测量的温度值要在下位机上实时显示,并与温度标准范围进行比较,若超出范围则发出报警信号,同时对温度数据进行采集,通过总线与上位机进行数据通信,便于上位机对温度进行实时控制。

　　2　DS18B20传感器简介

　　2.1　DS18B20内部结构

　　DS18B20的外形及引脚功能说明:图2为DS18B20引脚。1(GND):地。2(DQ):单线运用的数据输入输出。3(VDD):可选的电源引脚。DS18B20利用Dallas的单总线控制协议,实现了利用单线控制信号在总线上进行通信。由于所有的设备通过漏极开路端(即DS18B20的DQ脚)连在总线上,控制线需要一个上拉电阻(大约5kΩ)。在这一总线系统中,微控制器(主控设备)通过唯一的64位序列码识别和访问总线上的器件。

图2　DS18B20底视图

　　采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图3所示。64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号。

　　DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEP-ROM。高速暂存RAM的为9字节的存储器,结构如表1所示。其中1、2字节用来存放当前温度, 1为低8位, 2为高8位。字节3、4用来预置报警温度的上下限,字节5用于配置寄存器,用于确定温度数据位数,字节6、7、8均为保留字节,字节9存放前8个字节循环冗余校验码。

　　2.2　DS18B20的工作原理

　　DS18B20的测温原理如图4所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数,进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理。