数字温度测量报警器的设计与实现

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1、数字温度测量报警器的设计与实现史雪峰(亳州师范高等专科学校理化系邮编：236800)摘要：数字温度测量报警器是利用传感器检测温度，采用数字数码管显示当前温度，当温度低于下限温度或者高于上限温度时系统发出声报警，从而起到测量和报警的功能。本系统以AT89S51单片机作为主控系统，利用DS18B20数字温度传感器作为温度传感器件。通过四位共阳极数码管作为显示器件，通过单片机控制继温度显示温度。并可以设置温度上下限，当温度不在设置的温度范围内，蜂鸣器发出报警声。分析了温度传感器的工作原理。系统硬件电路以及软件部分的设计。实际测试表明，该方案切实可行并已在许多通信领域得到

2、广泛应用。关键词：单片机，温度报警，DS18B20，AT89S51一、引言在日常生活及工农业生产中经常要涉及到温度的检测及控制。像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高

3、。可见，温度的测量是非常重要的。传统的测温元件有热电偶，热敏电阻还有一些输出模拟信号的温度传感器。而这些测温元件所测出的一般都是电压或电流，再将其转换成对应的温度，所以需要比较多的外部硬件支持。如果需要进行数字显示，就还需要进行A/D转换，才能和主控制器进行通信，其硬件电路复杂、而且软件调试繁琐、制作成本高。故在本设计中将采用另外一种方案，即使用DS18B20数字温度传感器作为测温元件。该数字温度传感器即是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器。本数字温度测量报警器的设计主要采用上述改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件

4、,以AT89S51单片机作为主控系统，采用四位共阳极数码管作为显示器件，通过单片机控制继温度显示温度，并设置了超限报警功能，如果测得的温度超过了预设温度值，蜂鸣器将会发出报警信号，同时数码管正常显示温度值，按下复位键系统停止报警，系统将再次检测测得的温度值，若在预设范围内，数码管正常显示测得的温度值，否则产生报警信号。而且传感器DS18B20是采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，主控制器通过软件处理接收到的数据，从而使得整个系统具有低成本、易使用和稳定性高等特点。在通信以及其他相关领域有着不可忽视的美好前景！二、温度传感器工作原理DS18B20温度传感器

5、采用3脚FR－35封装或8脚SOIC封装。其与传统的热敏电阻等测温元件相比，能直接读出被测温度值，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20的主要性能特点在于其负电压特性，当电源极性接反时，温度计不会因发热而被烧毁；同时，其还具有用户自定义的非易失性温度报警设置以及实现多点组网等强大功能！DS18B20的具体测温原理图则如图1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

6、开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度的测量，计数门的开启时间由高温度系数振荡器来确定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、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[1]。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的预置值将重新被装入，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就是所测温度值

7、。斜率累加器则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，直到温度寄存器值达到被测温度值。图1DS18B20测温原理图由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有很严格的时序概念，因此其读写时序非常重要[2]。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有很强的上拉，上拉开启时间最大为10μs，采用寄生电源供电方式时VDD和GND端需接地。另外，由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。同时，系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行，其操作协议为：初始化DS18B20（发

8、复位脉冲）