中心議題：

• 探究一種多用智能溫度測量儀的設計與實現

解決方案：

• 采用傳感器傳感器DS18B20 及單片機為8051
• 硬件電路設計

• 軟件設計

設計實現了一種多用智能溫度測量儀。采用傳感器為DALLAS 公司的單總線數字式溫度傳感器DS18B20 及單片機為8051，通過單片機對傳感器采集到的數字信號進行計算處理
，實現溫度的測量
、溫(wen)度(du)數(shu)值(zhi)的(de)數(shu)字(zi)顯(xian)示(shi)及(ji)高(gao)溫(wen)報(bao)警(jing)等(deng)功(gong)能(neng)。提(ti)供(gong)了(le)完(wan)整(zheng)的(de)硬(ying)件(jian)電(dian)路(lu)圖(tu)和(he)軟(ruan)件(jian)流(liu)程(cheng)圖(tu)，並(bing)詳(xiang)細(xi)介(jie)紹(shao)了(le)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)要(yao)點(dian)及(ji)創(chuang)新(xin)點(dian)。經(jing)實(shi)物(wu)測(ce)試(shi)實(shi)驗(yan)，該(gai)測(ce)量(liang)儀(yi)既(ji)能(neng)測(ce)量(liang)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)

，又(you)可(ke)測(ce)量(liang)人(ren)體(ti)溫(wen)度(du)，具(ju)備(bei)使(shi)用(yong)方(fang)便(bian)、響應快

、結果顯示直觀的特點。

wendushikexuejishuzhongzuijibendewuliliangzhiyi，zaigongyeshengchanzhong，wenduchangshibiaozhengduixiangheguochengzhuangtaidezuizhongyaodecanshuzhiyi，zaiyixuelingyuzhong
，tiwenyeshiwomenzuiweiguanzhudeyixuecanshu。

隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)科(ke)技(ji)的(de)發(fa)展(zhan)，溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)在(zai)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)應(ying)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)廣(guang)泛(fan)，同(tong)時(shi)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)也(ye)被(bei)人(ren)們(men)所(suo)異(yi)常(chang)關(guan)注(zhu)。多(duo)功(gong)能(neng)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)儀(yi)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)的(de)例(li)子(zi)，運(yun)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)技(ji)術(shu)，向(xiang)數(shu)字(zi)化(hua)，智(zhi)能(neng)化(hua)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)。在(zai)此(ci)介(jie)紹(shao)一(yi)種(zhong)多(duo)功(gong)能(neng)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)儀(yi)，既(ji)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)
、又能測量人體溫度，達到快響應、數字顯示溫度值，並且具有高溫報警的目的。

1 硬件電路設計

1. 1 溫度傳感器

采用DA LLAS 公司的溫度傳感器DS18B20 作為溫度采集器件，DS18B20 的內部結構主要由64 位ROM、溫度靈敏元件
、內部存儲器和配置寄存器4 部分組成，如圖1 所示。

( 1) 64 位ROM。它的內容是64 位序列號，它可以被看作是該DS18B20 的地址序列碼，其作用是使每個DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20 的目的。

( 2) 溫度靈敏元件。它完成對溫度的測量，測量後的結果存儲在2 個8 b 的溫度寄存器中。

( 3) 內部存儲器。內部存儲器包括一個高速暫存RAM 和一個非易失性的可電擦除的E2 PROM，後者存放高溫度和低溫度觸發器TH

、TL 以及配置寄存器。

DS18B20 具有以下特點:

( 1) 獨特的單線接口方式
，與單片機連接時僅需要一條口線;( 2) 測溫範圍為- 55~ + 125℃，在- 10~ + 85℃範圍內精度為±0. 5 ℃;( 3) 通過編程可實現9~ 12 位的數字讀數方式;( 4) 用戶可自設定非易失性的報警上下限值;( 5) 外圍電路簡單，使用時不需要外圍元件
，可用數據總線供電，電壓範圍為3. 0 ~ 5. 5 V 無需備用電源;( 6) DS18B20 有TO 92、SOIC 及CSP 封裝，本測量儀選用DS18B20 的外形及引腳排列如圖2 所示
，其中VDD 為外接供電電源輸入端
，GND 為公共地
，DQ為數字信號輸出端。

基於以上特點
，采用DS18B2 使得硬件消耗更少，係統設計更靈活
、方便
，價格更便宜
，體積更小。
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1. 2 硬件電路設計

係統硬件電路如3 所示。

包括信號采集、係統控製、數字顯示
、高溫報警四個部分。傳感器DS18B20 為信號采集器件所采集到的溫度信號，通過內部處理由傳感器的DQ 端送到單片機P3. 2 端口

，經單片機的計算處理後，由P0 口和P1 口分別作為4 位共陽數碼管的段控信號和位控信號，共同完成對所測溫度值的數字顯示，最高位是符號顯示
，如顯示負號“-”時，表示當前溫度是負溫度，否則為正溫度;由P2. 0 端口控製蜂鳴器，當測量的溫度超過“預設報警溫度”時，發出提示音報警; P2. 1~ P2. 3 端口來控製黃、綠
、紅3 個發光二極管分別表示低溫

、正常、高溫三種溫度狀態。石英晶體JT 和電容C2 ，C3 共同組成晶振電路; 電容C1 、電阻R 13
、S B 共同構成複位電路; 其中電阻R13為下拉電阻，SB 為手動複位按鈕。

2 軟件設計

為了便於子程序的調用和維護係統，程序遵循標準化、模塊化的原則
，主要完成包括讀DS18B20 溫度數據、數據的整理轉換、溫度顯示

、報警等模塊的設計。由於程序任務相對較少，結構相對簡單，本係統由主程序和多個子程序組成，采用順序性結構主程序流程。

2. 1 軟件設計要點

由於DS18B20 采cai用yong的de是shi單dan線xian總zong線xian協xie議yi方fang式shi
，即ji在zai一yi條tiao數shu據ju線xian上shang實shi現xian數shu據ju的de雙shuang向xiang傳chuan輸shu，而er單dan片pian機ji硬ying件jian上shang不bu支zhi持chi單dan總zong線xian協xie議yi，因yin此ci必bi須xu采cai用yong軟ruan件jian方fang法fa來lai模mo擬ni單dan總zong線xian的de協xie議yi是shi序xu來lai完wan成cheng對duiDS18B20 芯片的訪問。

由於DS18B20 是在一根I/ O 線xian上shang讀du寫xie數shu據ju，因yin此ci對dui讀du寫xie的de數shu據ju位wei有you嚴yan格ge的de時shi序xu要yao求qiu，它ta有you嚴yan格ge的de通tong信xin協xie議yi來lai保bao證zheng各ge位wei數shu據ju傳chuan輸shu的de正zheng確que性xing和he完wan整zheng性xing。該gai協xie議yi定ding義yi了le幾ji種zhong信xin號hao的de時shi序xu: 初始化時序
、讀時序、寫時序。所有時序都是將單片機作為主設備
，DS18B20 作為從設備，而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求DS18B20 回送數據
，在進行寫命令後，主機需啟動讀時序完成數據接收。

2. 2 軟件設計

創新點在溫度顯示模塊引入“顯存”的概念，用“顯存”直接映射到顯示子程序，便於程序的移植，更便於以後的組建多點的溫度檢測網絡
，或嵌於其他監測係統。

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2. 3 主程序流程圖

主程序流程如圖4 所示。

3 實物運行與測試

測試方法: 用水銀溫度計和溫度測量儀同時對同一空氣環境、水

、人體進行測量，詳細記錄每次測量數據，並進行數據對比。測試結果如表1 所示，結果顯示誤差僅± 0. 2 ℃。


4 結 語

運用溫度傳感器DS18B20 和單片機8051 等設計並製作的溫度測量儀，用較低的成本實現了溫度的測量與顯示。該測量儀采用的元器件價格低廉又容易獲得，具有硬件結構簡單、響應快、顯示直觀等優點，並且元器件DS18B20 單總線結構具有很強的擴展性. 還可以組建多點的溫度檢測網絡該方案設計溫度監測係統，應用前景廣泛。