基于DS18B20的温度测控系统设计

引言

温度是表征物体冷热程度的一个物理量。在工农业生产和人们的日常生活中，对于温度的测量及控制一直占据着重要地位。传统的常用测温元件主要有热敏电阻、热电偶、温敏二极管和普通的集成温度传感器等，但是它们或多或少存在一些不足。由美国Dalls公司推出的单总线数字温度传感器DS18B20，以其高集成度、高精度、高可靠性、接口简单、使用方便等诸多传统的测温元件无法比拟的优点而成为我们设计的温控系统的温度传感器首选。

1测温系统的总体方案设计

本温控系统要求下位机采用52单片机通过DS18B20温度传感器采集环境的温度数据，并在数码管上显示当前温度值，可测温范围为-55〜125C精度0.1°C。

上位机程序使用VB6.0编写，接收温度数据并储存在数据库中。接收数据时，要求能显示当前的温度值以及最大、最小和平均值，并同步画出温度变化曲线，要求系统可查询历史温度信息。同时能够控制下位机的加热和降温设备，进行温度的控制。本系统的整体总体方案如图1所示。

2系统硬件电路设计

系统整体硬件电路包括：传感器数据采集电路，温度显示电路，报警电路，单片机主控电路，串口传输电路等，图2所示是本系统的整体硬件电路。

温度传感器的数据线接单片机的P3.3口，单片机通过反复读写P3.3口的状态采集数据，显示电路采用8个共阳极的LED显示，显示代码由P0口发送，P2口的逻辑状态作为选线信号，达到分时选通的目的。实际使用中只用到7个LED,最后2个用来显示摄氏度符号，第2个用来显示温度的正负，当温度为负时，显示“一”号，为正时不显示，当百位为零时,百位不显示，百位十位为零时，百位十位都不显示，这样设计方便观察，更加直观。

此外还接有蜂鸣器，当DS18B20不能正常工作时可以报警。最后实现单片机与上位机通信的功能，并实现上、下位机之间的数据发送或接收。

3系统软件设计

3.1温度采集系统程序设计（下位机软件设计）

本系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。

3.1.1主程序流程

主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。其程序流程见图3所示。

3.1.2温度转换命令子程序

温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当釆用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中釆用1s显示程序延时法等待转换的完成，图4所示是其温度转换流程图。

3.1.3读出温度子程序

读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9B数据，在读出时需进行CRC校验，有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图5所示。

3.1.4计算温度子程序

计算温度子程序将从RAM中读取的值进行转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图6所示。

3.1.5显示数据刷新子程序

显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时，将符号显示位移入下一位。其程序流程图如图7所示。

3.2温度控制系统程序设计（上位机软件设计）

本程序上位机应用VB编写，使用VB6.0的通用串口控件MSComm来对发送到串口的数据进行采集处理，把下位机传送上来的2B十六进制数据进行解码并显示出来。

当点击采集温度时，上位机向下位机发送采集温度命令,当下位机接收到命令时，向上位机发送数据；

当点击加热或降温控制键时，上位机向下位机发送控制命令，当下位机接收到命令时，下位机发出相应的动作；

程序接收数据时，能同步画出温度变化的曲线，同时将接收的温度数据储存在数据库中；系统可查询历史温度信息。具体在上下位机程序里面体现出来叫图8所示为上位机的工作流程图。

4系统调试结果

4.1软件仿真调试

当DS18B20采集到的温度为12℃时，数码管同时显示12℃，图9所示是系统下位机的工作状态图，采集的数据通过串口送到上位机进行处理并显示存储。当值班人员从PC机观测到被测区的温度异常时，如温度过高，可以通过上位机进行远程控制，点击上位机的降温按钮，启动下位机的风扇，当温度过低时，点击上位机的加热按钮，启动下位机的加热系统，给被测区加温。当加热或者降温达到预定要求时，通过点击上位机的停止按钮控制下位机关闭降温系统或者加热系统，以达到保持温度基本不变的目的。

上位机的调试结果与数据如图10所示。

4.2控制界面说明

重新采集：此按钮一是控制上位机温度采集的开始，二是让上位机采集温度的界面清除后重新采集温度。

停止采集：此按钮是上位机运行时控制上位机的开始与停止。

退出程序：此按钮控制整个上位机程序的退出。

加热：此按钮控制下位机的加热系统。

降温：此按钮控制下位机的降温系统。

停止:此按钮可以关闭下位机的加热与降温系统。

统计计算:记录被测区温度的当前值，开机以来的最大值,最小值与平均值。

软件设置：设置通信用的串口，波特率，需要采集的次数与每次采集所需要的时间。

曲线绘制：这个界面可以很直白的看到整个监测过程中的温度变化情况。

除此之外，上位机还有它的温度记录存储功能，它将采集过的历史温度储存在文本文件中，具体如图11所示。

4.3系统硬件调试

基于上述硬件和软件设计，对该温度采集与控制系统进行了相关实物焊接和调试，具体调试结果如图12和图13所示。其中图12是下位机温度显示及用上位机开启降温系统，图13则是下位机显示温度及用上位机开启加热系统图。

5结语

本系统通过软、硬件的仿真和实物调试，实现了温度的采集、显示、存储和远程控制功能，已经在实验室投入使用，验证了DS18B20的性能。同时该系统设计简单、抗干扰能力强、扩展方便，在多点温度检测中有较广泛的应用前景。

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