一种多用智能温度测量仪的设计与实现

2011-03-03 19:15:07来源: 现代电子技术 关键字:智能温度测量仪  温度传感器  DS18B20
  摘  要: 设计实现了一种多用智能温度测量仪。采用传感器DALLAS 公司的单总线数字式温度传感器DS18B20单片机8051,通过单片机对传感器采集到的数字信号进行计算处理,实现温度的测量、温度数值的数字显示及高温报警等功能。提供了完整的硬件电路图和软件流程图,并详细介绍了软件设计要点及创新点。经实物测试实验,该测量仪既能测量环境温度,又可测量人体温度,具备使用方便、响应快、结果显示直观的特点。

  温度是科学技术中最基本的物理量之一,在工业生产中,温度常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一,在医学领域中,体温也是我们最为关注的医学参数。

  随着现代科技的发展,温度测量在各个领域应用越来越广泛,同时温度测量技术也被人们所异常关注。多功能温度测量仪就是一个典型的例子,运用单片机技术,向数字化,智能化方向发展。在此介绍一种多功能温度测量仪,既可以测量环境温度、又能测量人体温度,达到快响应、数字显示温度值,并且具有高温报警的目的。

  1   硬件电路设计

  1. 1   温度传感器

  采用DA LLAS 公司的温度传感器DS18B20 作为温度采集器件,DS18B20 的内部结构主要由64 位ROM、温度灵敏元件、内部存储器和配置寄存器4 部分组成,如图1 所示。

  ( 1) 64 位ROM。它的内容是64 位序列号,它可以被看作是该DS18B20 的地址序列码,其作用是使每个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。

  ( 2) 温度灵敏元件。它完成对温度的测量,测量后的结果存储在2 个8 b 的温度寄存器中。

  ( 3) 内部存储器。内部存储器包括一个高速暂存RAM 和一个非易失性的可电擦除的E2 PROM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL 以及配置寄存器。

DS18B20 的内部结构

图1   DS18B20 的内部结构

  DS18B20 具有以下特点:

  ( 1) 独特的单线接口方式,与单片机连接时仅需要一条口线;( 2) 测温范围为- 55~ + 125℃,在- 10~ + 85℃范围内精度为±0. 5 ℃;( 3) 通过编程可实现9~ 12 位的数字读数方式;( 4) 用户可自设定非易失性的报警上下限值;( 5) 外围电路简单,使用时不需要外围元件,可用数据总线供电,电压范围为3. 0 ~ 5. 5 V 无需备用电源;( 6) DS18B20 有TO 92、SOIC 及CSP 封装,本测量仪选用DS18B20 的外形及引脚排列如图2 所示,其中VDD 为外接供电电源输入端,GND 为公共地,DQ为数字信号输出端。

DS18B20 的外形及引脚排列

图2   DS18B20 的外形及引脚排列

  基于以上特点,采用DS18B2 使得硬件消耗更少,系统设计更灵活、方便,价格更便宜,体积更小。

  1. 2   硬件电路设计

  系统硬件电路如3 所示。

 系统硬件电路图

图3   系统硬件电路图

  包括信号采集、系统控制、数字显示、高温报警四个部分。传感器DS18B20 为信号采集器件所采集到的温度信号,通过内部处理由传感器的DQ 端送到单片机P3. 2 端口,经单片机的计算处理后,由P0 口和P1 口分别作为4 位共阳数码管的段控信号和位控信号,共同完成对所测温度值的数字显示,最高位是符号显示,如显示负号“-”时,表示当前温度是负温度,否则为正温度;由P2. 0 端口控制蜂鸣器,当测量的温度超过“预设报警温度”时,发出提示音报警; P2. 1~ P2. 3 端口来控制黄、绿、红3 个发光二极管分别表示低温、正常、高温三种温度状态。石英晶体JT 和电容C2 ,C3 共同组成晶振电路; 电容C1 、电阻R 13、S B 共同构成复位电路; 其中电阻R13为下拉电阻,SB 为手动复位按钮。

  

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关键字:智能温度测量仪  温度传感器  DS18B20

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0303/article_3526.html
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