DS18B20电子温度计设计与制作（含代码+仿真）

DS18B20电子温度计设计与制作

一、制作要求

测量范围为0℃～+100℃，测量精度为1℃，测量误差小于2℃，并利用数码管显示测量值。

二、温度传感器的物理原理

1.   1.随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化；
     2.蒸气压的温度变化；
     3.电极的温度变化；
     4.热电偶产生的电动势；
     5.光电效应；
     6.热点效应；
     7.介电常数；
     8.磁导率的温度变化；
     9.物质的变色、溶解；
    10.强性振动温度变化；
    11.热放射和热噪声；
   

温度传感器按照敏感元件是否与被测量接触，温度传感器分为接触式和非接触式。

1.接触式温度传感器
常用热电阻：范围：-260~+850℃；精度：0.001℃
管缆热电阻：范围： -20~+850℃；最高上限为1000℃；精度为0.5级
陶瓷热电阻：范围：-200~+500℃；精度为0.3、0.15级
超低温热电阻：两种碳电阻，可测量 -268.8~ 253℃ 272.9~ 272.99℃
热敏电阻器：适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用
2.非接触式温度传感器
辐射高温计：测量1000℃以上高温，分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计
光谱高温计
超声波温度传感器
激光温度传感器

三、设计结构框图

四、Proteus 8 Professional仿真电路搭建

五、相关管脚定义

#include<reg51.h> 

unsigned char code segcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};  //共阴不带小数点0-9段码
unsigned char code segcodeD[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //共阴带小数点0-9段码
unsigned char code weixuan[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //数码管对应的8位管脚
 
sbit DQ=P2^2;           	//DS18B20选择位，将DQ位定义为P2.2引脚,读写口
sbit Latch1=P2^7;  		  	//位锁存器定义为P2.7引脚
sbit Latch2=P2^6;			//段锁存器定义P2.6引脚
sbit Beep=P2^3;				//蜂鸣器定义P2.3引脚
sbit LED_RED=P1^0;			//高温红灯定义P1.0引脚
sbit LED_GREEN=P1^2;		//常温绿灯定义P1.2引脚
sbit LED_BLUE=P1^3;			//低温蓝灯定义P1.3引脚
sbit key1=P3^0;				//温度上下限切换控制定义P3.0引脚
sbit key2=P3^1;				//键盘控制温度- 定义P3.1引脚
sbit key3=P3^2;				//键盘控制温度+ 定义P3.2引脚
bit fg=1;					//编译器在可寻址区分配的fg变量 
bit flag=0;					//判断温度上下限切换标志位
unsigned char TL=0;			//储存暂存器的温度低位	
unsigned char TH=0;			//储存暂存器的温度高位	
unsigned int sdata;			//储存温度
unsigned char xiaoshu1;		//储存温度的小数第一位
unsigned char xiaoshu2;		//储存温度的小数第二位
unsigned char xiaoshu;		//存储温度的小数部分
unsigned char HT=30;		//高温上限
unsigned char LT=29;		//低温下限

六、对DS18B20进行初始化

初始化步骤
（1）先将数据线置高电平1；
（2）延时（该时间要求不是很严格，但是要尽可能短一点）；
（3）数据线拉到低电平0；
（4）延时750μs（该时间范围可以在480~960 μs ）；
（5）数据线拉到高电平1；
（6）延时等待；
（7）若CPU读到数据线上的低电平0后，还要进行延时，其延时
的时间从发出高电平算起（第（5）步时间算起）最少要480 μs；
（8）将数据线再次拉到高电平1后结束；

初始化代码

void Init_DS18B20(void) 
{
	unsigned int x=0;
	DQ=1;								//置为高电平，DQ复位
	delay(8);							//延时4ms
	DQ=0;								//置为低电平
	delay(80);							//延时60ms，大于480us(操作手册)
	DQ=1;
	delay(5);							//延时8ms
	x=DQ;								//连续两次确保初始化成功,并判断x=0是否初始化成功，x=1则为失败
	delay(20);							//延时4ms
}
/*读一个字节*/
unsigned char ReadOneChar(void)
{
	unsigned char i=0; 
	unsigned char dat=0; 
	for(i=8;i>0;i--)
	{
		DQ=1;							//单片机信号
		delay(1);						//单片机信号
		DQ=0;							//单片机信号
		dat>>=1; 						//dat的值右移动一位，dat的最高位写1，其他七位不变，单片机信号
		DQ=1; 							//单片机信号
		if(DQ)							//判断DS18B20是否被释放，DS18B20信号
		dat|=0x80; 						//变量data的值与0x80做"或"运算，最高位1，其他位
		delay(4);
	}
		return(dat);
}

/*写一个字节*/
void WriteOneChar(unsigned char dat) 
{ 
  unsigned char i=0; 
  for(i=8;i>0;i--)
  {
   DQ=0; 
   DQ=dat&0x01; 					//与1按位运算，dat最低位为1时DQ总线为1，dat最低位为0时DQ总线为0 0x01=0000 0001=1
   delay(5); 
   DQ=1; 
   dat>>=1;							//dat的值右移动一位
  } 
  delay(4);							//延时4ms
}

七、读取温度部分

读数据步骤
（1）将数据线拉高到1；
（2）延时2 μs；
（3）将数据线拉低到0 ；
（4）延时6 μs;
（5）将数据线拉高到1；
（6）延时4 μs；
（7）读数据线的状态得到一个状态位，并进行数据处理；
（8）延时30 μs；
（9）重复（1）~（7）步骤，直到读取完一个字节；

读取温度代码

void ReadTemperature(void)
{
	Init_DS18B20();
	WriteOneChar(0xcc);			//跳过读序号列号的操作
	WriteOneChar(0x44);			//启动温度转换
	delay(125);
	Init_DS18B20();
	WriteOneChar(0xcc);			//跳过读序号列号的操作
	WriteOneChar(0xbe);			//启动温度转换
	TL=ReadOneChar();			//读低8位
	TH=ReadOneChar();			//读高8位
	if(TH>0xf7)
	{
		TL=~TL+1;				//将右边的表达式按位取反+1，存放的是补码，符号位是负位，如果是8个0要做一次判断
		TH=~TH;					//符号位是正位，不作运算
		fg=0;
	}
		sdata = TL/16+TH*16;    
		xiaoshu1 = (TL&0x0f)*10/16; 
		xiaoshu2 = (TL&0x0f)*100/16%10;
		xiaoshu=xiaoshu1*10+xiaoshu2;

}

八、功能设计

报警设置

实时对温度进行判读，当温度大于30度时，自动打开红色LED灯和蜂鸣器；当温度小于10度时，自动打开蓝色LED和蜂鸣器，常温状态下保持绿色LED灯显示。
（*此处为查看红色、绿色和蓝色的LED灯亮起）

独立键盘控制模块

本实验采取三个独立键盘控制。第一个键盘为主控制键设置切换温度上下限+或-，第二个键盘为控制温度的下限，第三个键盘为控制温度的上限。当主控键按下第一次时，切换到温度上限控制，此时第二第三键盘钧控制低、高温度的限值+。当再次按下主控键时，则切换到温度的下限控制，此时第二第三键盘均为控制低、高温度的限值-。代码部分可以给定温度上下限的初始值。

键盘代码部分

void keycan()							
{
	if(key2==0)						//键盘key2按下
	{
		delay(10);					//延时消抖
		while(key2==0);				//如果确认按下按键等待按键释放
		if(flag==0)						
		{
			LT++;					//温度下限+
		}
		else
		{
			LT--;					//温度下限-
		}
	}
}
void keyscan()
{
	if(key3==0)						//键盘key3按下
	{
		delay(10);					//延时消抖
		while(key3==0);				//如果确认按下按键等待按键释放
		if(flag==0)					//判断现在为调节温度上限
		{
			HT++;					//温度上限+
		}
		else
		{
			HT--;					//温度上限-
		}
	}
}

九、主函数部分

void main()
{
	while(1)
	{
		if(key1==0)					//键盘key1按下
		{
			delay(10);				//延时消抖
			while(key1==0)			//如果确认按下按键等待按键释放
				flag=~flag;			//取反
		}
		ReadTemperature();		    //调用读取
		Led(sdata);					//显示温度
		keycan();					//键盘key2温度下限控制
		keyscan();					//键盘key3温度上限控制
	if(sdata>HT)					//判断温度在高于上限时
	{
		Beep=0;						//蜂鸣器响起
		LED_RED=0;					//红色LED灯亮起
		LED_BLUE=1;					//蓝色LED灯关闭
		LED_GREEN=1;				//绿色LED灯关闭
		}
	else if(sdata<LT)				//判断温度在低于下限时
	{
		Beep=0;						//蜂鸣器响起
		LED_RED=1;					//红色LED灯亮起
		LED_BLUE=0;					//蓝色LED灯亮起
		LED_GREEN=1;				//绿色LED灯关闭
	}
	else							//常温下
	{
		Beep=1;						//蜂鸣器关闭
		LED_RED=1;					//红色LED灯关闭
		LED_BLUE=1;					//蓝色LED灯关闭
		LED_GREEN=0;				//绿色LED灯亮起
	}
	}
}

十、最终成果展示

DS18B20温度传感器自动启动完毕后，将自动获取并显示当前温度。