基于单片机的温度实时监控系统设计 第5页表3-5
3.2 温度传感器DS18B20
集成式数字温度传感器DS1820的出现开辟了温度传感器技术的新领域，它利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量。而可组网数字温度传感器DS18B20则是DS1820的更新产品，它在电压、特性及封装方面都更具有优势，给了用户更多的选择，让用户可以更方便的构建适合自己的测温系统。DS18B20充分利用了单总线的独特特点，可以轻松的组建传感器网络，提供系统的抗干扰性，使系统设计更灵活、方便、而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。
3.2.1 DS18B20简介
DS18B20是美国DALLAS公司最新推出的一种可组网数字式温度传感器，与DS1820相同，DS18B20也能够直接读取被测物体的温度值，但是与DS1820相比，DS18B20的功能更强大些。它体积小，电压使用范围宽（3V-5V），用户还可以通过编程实现9-12位的温度读数，即具有可调的温度分辨率，因此它的实用性和可靠性比同类产品更高。另外，DS18B20有多种封装可选，如TO-92、SOIC及CSP封装。图3.5即为DS18B20的管脚排列图。
由图3.5可见，DS18B20只是一个数据输入/输出口，属于单总线专用芯片之一。DS18B20工作时被测温度值直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。其内部采用在板温度测量专用技术，测量范围为-55ºC～+125ºC，在-10ºC～+85ºC时，精度为ºC。每个DS18B20在出厂时已具有唯一的64位序列号，因此一条总线上可以同时挂接多个DS18B20，而不会出现混乱现象。另外用户还可自设定非易失性温度报警上下限值TH和TL（掉电后依然保存）。DS18B20在完成温度变换后，所测温度值将自动与存储在TH和TL内的触发值相比较，如果测温结果高与TH或低于TL，DS18B20内部的告警标志就会被置位，表示温值超出了测量范围，同时还有报警搜索命令识别出温度超限DS18B20。
图3.6为DS18B20的内部存储结构图，它包括一个暂存RAM和一个非易失性可擦除。
其中暂存存储器作用是在单线通信时确保数据的完整性，它包括8个字节，头两个字节表示测得的温度读数，数据格式如下：
S=1时表示温度为负，S=0时表示温度为正，其余低于以二进制补码形式表示，最低位为1时表示0.0625℃。温度/数字对应关系如上表所示。
DS18B20内部暂存存储器的第5个字节是结构寄存器，它主要用于确定温度值的数字转换分辨率。字节结构如下：
其中、用于设置分辨率。
3.2.2 DS18B20的硬件连接
DS18B20与单片机的接口极其简单，只需将DS18B20的信号线与单片机的一位双向端口相连即可。如图3.7（a）所示。此时应注意将VDD、DQ、GND三线焊接牢固。另外也可用两个端口，即接收口与发送口分开，这样读写操作就分开了，不会出现信号竞争的问题。如图3.7（b）所示。此图是采用寄生电源方式，将DS18B20的VDD和GND接在一起。如若VDD脱开未接好，传感器将只送+85.0℃的温度值。一般测温电缆线采用屏蔽4芯双绞线，其中一对接地线与信号线，另一对接VDD和地线，屏蔽层在源端单点接地。
4 温度监控系统的设计
4.1硬件设计
基于单片机的温度监控主要有以下几部分：温度检测数据采集部分，LED数码管显示电路、报警及控制输出部分、单片机及按键电路设计等几个部分，下面分别加以介绍，硬件模块如图4.0所示。
图4.0 硬件模块图
4.1.1 温度检测部分
温度传感器有很多种，如热敏电阻，热电偶，PN结，半导体温度传感器等。这里选用单总线数字输出的集成半导体温度传感器DS18B20，其特点：独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃；支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源:3～5V/DC。
温度检测数据采集电路如图4.1所示，由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度，提供给AT89C51的I/O口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为热水的温度。
图4.1 温度传感器电路
4.1.2 LED数码管显示电路
显示器分为数码管和液晶显示，我所采用是的数码管显示，其外形和引脚如下图所示：
LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳机极数码管；相反的，就叫共阴的（如下图所示）那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
基于单片机的热水控制器采用7段数LED码管显示，这里采用6个数码管显示温度，两位显示设定的最高温度、两位显示设定的最低温度、两位显示热水的当前温度。
6位共阳极数码管采用扫描形式工作，其8个数据为接在单片机灌电流驱动能力最大的PO口，AT89C51单片机的P0口的每一个I/O都能能吸收8个TTL逻辑器件的输入漏电流，算下来能驱动约10mA。能驱动数码管的8个数据阴极。
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