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摘要：该论文结合实际使用经验，完成了DS18B20数字温度传感器在基于单片机的温度检测系统中的应用。本设计有效的提高了控制系统的实时性改善了温度测量的自动化程度，具有较高的实用价值。该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。
关键词：温度测量；自动化；数字温度传感器；单片机
中图分类号： P184.5文献标识码： A
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。目前虚拟仪器技术经过二十多年的发展，而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用方向进步。虚拟仪器技术在发达国家的应用十分普及，如电信、医学等领域。在国内，近年来也开有了利用虚拟仪器实现检测、控制等功能的例子。
在现代化的工业生产中人们需要对温度进行检测和控制。采用51单片机来对温度进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点；本论文设计方案根据实际经验讨论关于DS18B20数字温度传感器在温度测量中的应用；其具有较高的测量精度，适合对温度精度要求较高的化工生产、电力工程等行业。
一、温度实时检测系统
美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器，可以直接将被测温度转化为串行数字信号供微机处理，通过简单的编程实现9位的温度读数。并且多个DS18B20可以并接到多个地址线上与单片机实现通信。DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，即异步通信，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据DS18B20温度传感器的测温误差：在0——70°C范围内，DS18B20的上下限误差分别为+0.5°C和-0.5°C，而典型产品的误差仅为士0.25°C。
二、系统的软件设计
系统软件设计在这里就是指单片机的软件设计，本系统是采用C语言来进行程序设计的，主要包括显示子程序，复位程序，写程序读程序，中断响应等。
2.1 DS18B20的软件设计
DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。故主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
2.2 往DS18B20写数据
当主机把数据线从高逻辑电平拉至低逻辑电平时，产生写时序。有两种类型的写时序：写1时序和写0时序。所有时序必须有最短为60微秒的持续期，在各写周期之间必须有最短为1微秒的恢复时间。在1/0线由高电平变为低电平之后DS18B20在15s至60s的窗口之间对1/0线采样。如果线为高电平写1就发生，如果线为低电平便发生写0。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。
2.3 从DS18B20读数据
当从DS18B20读数据时，主机产生读时序。当主机把数据线从逻辑高电平拉至低电平时产生读时序。数据线必须保持在低逻辑电平至少1微秒；来自DS18B20的输出数据在读时间片下降沿之后15微秒有效。因此，为了读出从读时序开始算起15微秒的状态主机必须停止把1/0引脚驱动至低电平，在读时序结束时，1/0引脚经过外部的上拉电阻拉回至高电平。所有读时序的最短持续期限为60微秒，各个读时序之间必须有最短为1微秒的恢复时间。
2.4 中断服务程序设计
CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务）；待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。
AT89C51单片机中断处理过程：中断响应条件和时间是中断源有中断请求；此中断源的中断允许位为1；CPU开中断（即EA=1）。以上三条同时满足时，CPU才有可能响应中断。
定时器方式控制寄存器TMOD用于设置Tn的功能模式和工作方式以及门控制信号你，只能字节寻址，字节地址为89H，高四位用于定时器T1，低四位用于定时器T0。定时器/计数器方式控制寄存器TMOD不能进行位寻址，只能用于字节传送指令设置定时器工作方式，低半字节定义为定时器0，高半字节定义为定时器1。复位时，TMOD所有位均为0。
2.5 主程序流程
程序开始先进行初始化，对系统进行复位操作，然后发送检波信号，若系统检测到采样信号，则AT89C51单片机的P3.7口接收串行数据，然后调用子程序：DS18B2O的初始化、读取数据、写数据。在温度转换和读取温度前，首先要通过产生复位脉冲初始化DS18B20，然后DS18B20发出应答脉冲，当单片机接收到应答脉冲后才开始后续的操作。程序应按照严格的时序进行，以保证数据的完整性。最后由数码管显示出采集的温度。
三、结论
本文针对温度检测存在的问题将多种信息处理技术和单总线技术相结合，设计了一套实时、全面、科学的温度检测系统。在本系统中，采用模块化、层次化设计。单片机与温度传感器之间采用单总线通信标准，用简单、高效的通信电路实现检测数据的读取。本系统的优良功能可实现对温度的全面、实时、自动的检测，及时发现问题，采取有效防护措施。
参考文献：
[1] 王秀霞.基于DS18B20的多路無线温度检测系统.湖南大学学报自然科学版，2011.12
[2]张粤.倪伟.DS18B20在分布式测温系统中的应用[J].北京：淮阴工学学报，2002.
[3] 单片机原理及接口技术 胡汉才 编著 清华大学出版社
[4]金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用[J].仪表技术与传感器，2000（7）：42-43.
[5] 张修太，胡雪惠，翟亚芳，等.基于PT100的高精度温度采集系统设计与实验研究[J].传感技术学报，2010（6）
关键词：温度测量；自动化；数字温度传感器；单片机
中图分类号： P184.5文献标识码： A
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。目前虚拟仪器技术经过二十多年的发展，而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用方向进步。虚拟仪器技术在发达国家的应用十分普及，如电信、医学等领域。在国内，近年来也开有了利用虚拟仪器实现检测、控制等功能的例子。
在现代化的工业生产中人们需要对温度进行检测和控制。采用51单片机来对温度进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点；本论文设计方案根据实际经验讨论关于DS18B20数字温度传感器在温度测量中的应用；其具有较高的测量精度，适合对温度精度要求较高的化工生产、电力工程等行业。
一、温度实时检测系统
美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器，可以直接将被测温度转化为串行数字信号供微机处理，通过简单的编程实现9位的温度读数。并且多个DS18B20可以并接到多个地址线上与单片机实现通信。DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，即异步通信，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据DS18B20温度传感器的测温误差：在0——70°C范围内，DS18B20的上下限误差分别为+0.5°C和-0.5°C，而典型产品的误差仅为士0.25°C。
二、系统的软件设计
系统软件设计在这里就是指单片机的软件设计，本系统是采用C语言来进行程序设计的，主要包括显示子程序，复位程序，写程序读程序，中断响应等。
2.1 DS18B20的软件设计
DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。故主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
2.2 往DS18B20写数据
当主机把数据线从高逻辑电平拉至低逻辑电平时，产生写时序。有两种类型的写时序：写1时序和写0时序。所有时序必须有最短为60微秒的持续期，在各写周期之间必须有最短为1微秒的恢复时间。在1/0线由高电平变为低电平之后DS18B20在15s至60s的窗口之间对1/0线采样。如果线为高电平写1就发生，如果线为低电平便发生写0。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。
2.3 从DS18B20读数据
当从DS18B20读数据时，主机产生读时序。当主机把数据线从逻辑高电平拉至低电平时产生读时序。数据线必须保持在低逻辑电平至少1微秒；来自DS18B20的输出数据在读时间片下降沿之后15微秒有效。因此，为了读出从读时序开始算起15微秒的状态主机必须停止把1/0引脚驱动至低电平，在读时序结束时，1/0引脚经过外部的上拉电阻拉回至高电平。所有读时序的最短持续期限为60微秒，各个读时序之间必须有最短为1微秒的恢复时间。
2.4 中断服务程序设计
CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务）；待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。
AT89C51单片机中断处理过程：中断响应条件和时间是中断源有中断请求；此中断源的中断允许位为1；CPU开中断（即EA=1）。以上三条同时满足时，CPU才有可能响应中断。
定时器方式控制寄存器TMOD用于设置Tn的功能模式和工作方式以及门控制信号你，只能字节寻址，字节地址为89H，高四位用于定时器T1，低四位用于定时器T0。定时器/计数器方式控制寄存器TMOD不能进行位寻址，只能用于字节传送指令设置定时器工作方式，低半字节定义为定时器0，高半字节定义为定时器1。复位时，TMOD所有位均为0。
2.5 主程序流程
程序开始先进行初始化，对系统进行复位操作，然后发送检波信号，若系统检测到采样信号，则AT89C51单片机的P3.7口接收串行数据，然后调用子程序：DS18B2O的初始化、读取数据、写数据。在温度转换和读取温度前，首先要通过产生复位脉冲初始化DS18B20，然后DS18B20发出应答脉冲，当单片机接收到应答脉冲后才开始后续的操作。程序应按照严格的时序进行，以保证数据的完整性。最后由数码管显示出采集的温度。
三、结论
本文针对温度检测存在的问题将多种信息处理技术和单总线技术相结合，设计了一套实时、全面、科学的温度检测系统。在本系统中，采用模块化、层次化设计。单片机与温度传感器之间采用单总线通信标准，用简单、高效的通信电路实现检测数据的读取。本系统的优良功能可实现对温度的全面、实时、自动的检测，及时发现问题，采取有效防护措施。
参考文献：
[1] 王秀霞.基于DS18B20的多路無线温度检测系统.湖南大学学报自然科学版，2011.12
[2]张粤.倪伟.DS18B20在分布式测温系统中的应用[J].北京：淮阴工学学报，2002.
[3] 单片机原理及接口技术 胡汉才 编著 清华大学出版社
[4]金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用[J].仪表技术与传感器，2000（7）：42-43.
[5] 张修太，胡雪惠，翟亚芳，等.基于PT100的高精度温度采集系统设计与实验研究[J].传感技术学报，2010（6）