八通道测温系统应用于仓库的设计

在工农业生产中，很多需要测量的物理量都包括了温度。但目前的温度测量装置大多为单点测量装置，存在温度数值传递不及时、精度不够的缺点，不利于生产监控人员根据温度变化及时作出调整。在这种情况下，研发一种能够同时测量多点温度、实时性高、精度高而且能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。系统由AT89C52单片机，DS18B2新型数字温度传感器等构成，能对八个检测点的温度进行实时巡检、实时显示。本文结合实际使用经验，主要介绍了该系统的硬件设计。

【关键词】DS18B20 八通道测温系统 单片机

1 引言

在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟电子技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/0端口即可完成与微处理器的通信；在-10～+85℃ 温度范围内具有 0.5℃ 精度；用户可编程设定9～12位的分辨率。以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统，由此采用它来解决上述问题。

2 方案设计

2.1 方案一

DS18B20多线连接方案，就是一个I/O口连接一个DS18B20，这种方案虽然占用单片机的八个I/O口，但采用这种方案大大的简化了编程难度，缩短了设计周期，同时也能保证系统的稳定。

2.2 方案二

DS18B20单线连接方案，就是八个DS18B20连接到单片机的一个I/0口上，这种方案只用到单片机的一个I/O口，大大的节约了单片机I/O口资源。缺点是在时序上比较复杂，DS18B20的编程增加了读ROM程序，搜索ROM和匹配ROM程序。

2.3 方案的比较与选择

方案一是把DS18B20的八个DQ端分别接到单片机的八个不同的I/O口，这种接法虽然占用的I/O口比较多，但是它的时序比较简单，不需要读取ROM序列号程序，搜索ROM序列号程序，匹配ROM序列号程序，软件上简化了很多。方案二是DS18B20D的四个DQ端接到单片机的一个I/O口。这种接法在硬件上节省了七个I/O口，在硬件上简化了不少。但是在编程上就增加了难度。

本设计由于功能比较简单，I/O口资源丰富，所以通过两个方案的比较，决定选用方案一。

3 系统电路设计

3.1 电源电路

系统电源电路如图3.1所示。

将220V交流电经过全桥整流，采用7805稳压器件使得输出稳定在5V进行供电。

3.2 显示电路

显示电路如图3.2所示。

显示部分由六个LED组成，显示温度绝对值部分由单独驱动的四个LED组成，通道号由单片机单独控制的一个LED显示，温度值符号由P3.7引脚控制的LED显示。小数点由一个LED代替。

3.3 测温电路

测温电路如图3.3所示。

测温电路部分的八个传感器共用一个电源，单线连接分别接入AT89C52的P1口八个引脚。

3.4 显示驱动电路

驱动电路如图3.4所示。

单总线型DS18B20温度传感器采用一个DS18B20接一个I/O口的形式，大大简化了程序编写难度，通过排针可外接电源供电。

3.5 系统电路原理图

系统原理图如图3.5所示

以上各大模块电路构成系统原理图。

4 小结

本课题通过分析对比各种不同的温度传感器，选定DS18B20，这种新型单总线数字温度传感器。由于其通信方式比较独特，软件编写要求比较新颖，特点突出。用其构建的系统有很多优点，比如硬件连线简单，省去了使用模拟传感器要进行放大和A/D转换等步骤。

本设计采用的是一个I/O口连接一个DS18B20的方式。另外，由于DS1820单线通信功能是分时完成的，遵循严格的时隙概念，因此， 系统对DS1820各种操作必须按协议进行。

在进行PCB设计时，由于对软件的不熟练和PCB布线规则的不熟悉，导致设计进展缓慢。主要原因是布线宽度太窄导致刻板时线被刻断，焊盘设计太小，焊接时元件焊接不牢固。在两面布线时，顶层布线只放置一个过孔到顶层走线直接布线到顶层焊盘导致无法焊接。通过原理图对比和电路的排查最终找出并解决了问题。经过改善后，PCB终于制作成功。

通过调试系统发现了DS18B20还有一些缺点，如：简单的硬件连接的代价是复杂的软件时序，DS18B20在测量温度的时候，灵敏度不够高，温度快速变化时无法迅速显示出变化的温度值。

参考文献

[1]党峰，王敬农，高国旺.基于DS18B20的数字式温度计的实现[J].山西电子技术，2007（3）.

[2]赵海兰，赵祥伟.智能温度传感器DS18B20的原理与应用[J].现代电子技术，2003，26（14）.

[3]王福泉，万频，冯孔淼，张昱.DS18B20在空调检测系统温度采集模块中的应用[J].电子技术应用，2011，37（8）.

作者简介

谢阳（1991-），男，四川省犍为县人。大学本科学历。主要研究方向为电气工程与自动化（电气技术）专业。

作者单位

西华大学 四川省成都市 610039