一种新的温度测量液晶显示系统

郭铁桥

在工业生产过程中需要实时监测温度,农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量显示具有很重要的意义。

本文设计了一种用于监测环境温度的温度测量液晶显示系统,重点介绍了数字温度传感器DS18B20在系统中的应用。

1 温度测量液晶显示系统[1-3]

基于DS18B20的温度测量显示系统由DS18B20温度传感器、89S51、液晶显示模块、蜂鸣器等组成。温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带符号的数字信号(以16位补码形式,占两个字节),传感器可置于离装置150 m以内的任何地方,I/O引脚直接与单片机的P1.4相连,R1为上拉电阻,传感器采用外部电源供电方式,AT89S51是整个装置的控制核心,显示器模块采用LCD显示模块,所测温度3 s刷新显示一次,系统电路见图1。

温度传感器采用12位输出,分辨率为0.062 5℃,温度最大转换时间为750 ms[4],该系统的显示输出保留1位小数,分辨率为0.1℃。另外系统还设定温度上下限进行超温、低温报警。

系统程序分传感器测温程序、温度转换十进制程序和显示程序等几部分,其流程图见图2。

2 DS18B20

DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。它具有体积小,接口方便,传输距离远等特点[5]。每一个DS18B20均有一个唯一64位的序号,它是传感器的地址序列号,在出厂前被光刻好,因此多个DS18B20可以挂接在同一根总线上进行多路测量。

2.1 DS18B20的结构

DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,I/O为数据输入/输出端(即单线总线),它属于漏极开路输出,外接上拉电阻后,常态下呈高电平。VDD是可供选用的外部+5 V电源,不用时需接地。GND为地。DS18B20由以下部分组成:1)寄生电源;2)温度传感器;3)64位激光 ROM与单线接口;4)高速暂存器,即便笺式RAM,用于存放中间数据;5)TH触发寄存器和TL触发寄存器,分别用来存储用户设定的温度上下限值;6)存储与控制逻辑;7)8位循环冗余校验码(CRC)发生器[6]。

2.2 DS18B20控制方法

DS18B20的电源供电方式有两种:一种是外部电源供电,GND接地,I/O与单片机的I/O线相连,见图3;另一种是寄生电源供电,VDD,GND接地,I/O线接单片机I/O,见图4。无论是哪种供电方式,I/O口线都要接5 K左右的上拉电阻[4]。

DS18B20的ROM操作指令:33H读ROM;55H匹配 ROM;CCH跳过ROM;FOH搜索ROM;ECH告警搜索。DS18B20的RAM操作指令:4EH写暂存存储器;BEH读暂存存储器;48H复制暂存存储器;44H温度变换;B8H重新调出;B4H读电源。指令的使用如下:MOV A,#OCCH;CCH为跳过ROM指令;LCALL WRIT18B20;WRIT18B20为写命令子程序。

单片机对DS18B20的每一步操作都要遵循严格的工作时序和通讯协议,访问过程是:首先对DS18B20初始化,再进行ROM操作命令,最后才能对存储器数据操作。如主机控制DS18B20完成温度转换、读取温度值这一过程,步骤为先进行初始化操作,再发送44H指令进行温度转换,延长一段时间后,再次初始化操作,发送BEH指令进行读取温度值,然后将所得温度值转存[5]。

2.3 DS18B20子程序流程图

DS18B20的读操作子程序流程图见图5,写操作子程序流程图见图6。

3 结语

数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件,它相当于传统温度传感器+A/D转换+CPU+单总线协议及接口,具有单总线结构,数字量输出,直接与微机接口等优点,既可用它组成单路温度测量装置,也可用它组成多路温度测量装置。本文介绍的单路温度测量显示系统在室温下进行实际测试,工作完全正常,达到了预期要求。

[1] 张志良.单片机原理与控制技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2] 孙涵芳,徐爱卿.单片机原理及应用[M].北京:航空航天大学出版社,2006.

[3] 深圳锦昌电子有限公司.图形点阵液晶显示模块使用手册DM12864M[Z].

[4] DS18B20 Programmable resolution 1-Wire Digital Thermometer Datesheet.

[5] 江世明,刘先任.基于DS18B20的智能温度测量装置[J].邵阳学院学报(自然科学版),2004,1(4):27-30.

[6] 沙占友,王彦朋.单片机外围电路设计[M].北京:电子工业出版社,2008.