基于DS18B20的多点温度测量系统设计
电 子 测 量 技 术
ELECTR0NIC MEASUREMENT TECHNOL0GY
第 31卷 第 9期
2008年 9月
基 于 DS1 8B20的多点 温度测量 系统设计
潘 勇 孟庆 斌
(南开大学滨海学院 天津 300270)
摘 要 ：本文介绍基 于 AT89C51单 片机 、C语 言和 DS18B20传感 器的多点温度测量 系统设 计及其 在 Proteus平 台下
的仿真 ，并对 系统 实际运行 的结果数据进行分析 。本设计 并未采用 DS18B20惯用 的一线 制总线结 构 ，而 是利用 51单
片机的并行口，同步快速读取 8支 DS18B20的温度，实现了在多点温度测量系统 中对多个传感器的快速精确识别和
处理 ，并 给出了具 体的实现方法 、仿 真效果和实验数据 。
关键词：数字温度传感器 ；同步快速精确读取 ；单片机；Proteus仿真
中图分类号 ：TP212．11 文献标识码 ：B
Design of m ultipoint temperature measurement system
based on DS1 8B20
Pan Yong Meng Qingbin
(Nankai University Binhai College，Tianjin 300270)
Abstract：M ultipoint temperature measurement system based on DS18B20 and AT89C51 microcontroller is designed and
simulated by Proteus．This paper introduces the software and hardware design of this system and gives the analysis of
the experimental data got from the actual operating system．The system has such advantages as novel circuit design。
quick measurement speed，high measurement accuracy，and good practicality．This paper gives implementation of
specific simulation results and experimental data．
Keywords：digital temperature sensor；synchronous fast accurate readingl microcontroller；proteus simulation
0 引 言
在 粮库测 温 系 统 、冷 库 测 温 系 统 、智 能 化 建 筑 控 制 系
统、中央空调系统等多种系统 中都需要多点温度测量系统。
因此，多点温度测量技术实现尤为重要 。美国 Dallas公司推
出的数字温度传感器 Ds18B20，电源供电范围 3．O～5．5 V；
温度测量范围为--55℃～+125℃；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 ；在一1O℃～+85℃温度范围内具有士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_1]。
1 DS18B20简 介
DS18B20是美国 Dallas半 导体公司推 出的一种智能
数字温度传感器。与传统 的热敏电阻相 比，它能够直接读
出被测温度 ，并且可根据实际要求通过编程实现 9～12位
的数字值读数方式；可以分别在 93。75 ms和 750 ms内完
成 9位 和 12位 的数字量 ；从 DSI8B20读 出信 息或写 入
DS18B20信息仅需要 1根口线 (单线接 口)；温度变换功率
来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供
电，而无需额外电源。使用 DS18B20可使系统结构更趋简
单，可靠性更高 。
2 系统硬 件设计
由DS18B20和 Atmel公司推出的单片机 AT89C51以
及相关外围电路组成 的高精度、多点温度测量系统的结构
框图如图 1所示。系统采用 8片 DS18B20构成小型温度
传感器网络 ，通过并行连接方 式连接 至单片机 的通用
I／O端 口。单片机获得温度信息后 ，通过特定 的算法，将处
理后的温度信息通过 LED显示 出来 ，同时通过串行 口送
上位 机处 理 。
AT89C5l
图 1 硬件结构框 图
· 91 ·
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 3l卷 电 子 测 量 技 术
DS18B20内部 均有 一 个 独 立 的 64位 序列 号 ，单 片 机
通过 序列号 可 以对 一条 总线上 的多支 DS18B20进 行 控制 ，
读取 它们 的温度 。但 要 完成 这 个操 作 ，软 件 设计 比较 复
杂 ，同时存在 一个缺 点就 是速 度 太慢 。无 法 适用 于 一些 实
时性要求 高 的测 温 场 合 。所 以 本设 计 采 取 一 种利 用 单 片
机的并 口，同步快速 读取 8支 DS18B20的方法 。
3 系统软件设计
3．1 并行 同步快 速读取 8支 DS18B20的方 法
对于一支 DS18B20，要输 出或输入各类数据时，可 以
采用位 寻址 ，比如 __5]：
sbit DQ= Pa 3；DQ=o；DQ一 1；
而对于 8支 DS18B20，如 果 还 采 用 位 寻 址 的 方 法 ，采
用单总线 ，通过查询序列号依次读取 ，程序就非常复杂，而
且速 度会 大大减 慢 ，所 以将 位寻址 扩展 为字节 寻址 ，比如 ：
#define DQ P3；DQ=Ox00；DQ= 0xff；
即可一次输 出或 输入 8个 位数 据 ，从 而 达到 同 步读取
的 目的。
3．2 系统 的温度合 成处理
采用 上述方 法一 次读 取 8支 DS18B20的 时间 不超 过
1 s，但读取 的数据 在 RAM 中不是顺 序 排列 的 。必须 用 软
件合成处理，才能得到所需 的温度值 。如表 1所示 ，纵向
排 列 的是 存放 每 次读 取 数据 的 Bur，而横 向才是 需要 的温
度值，此时设计一个将纵 向数据转为横向温度的程序 ，连
续 执行 两次 ，就 可 以将 DS18B2O的 高 、低 字节 全 部合 成 标
准 的温 度数据 ]。
表 l 温度数据采集存储 对照
3．3 系统软件 流程 图
主程序 执行 流程如 图 2所示 ，主程 序 先对 各 DS18B2O
进行 初 始化 ，然 后 重 复调 用 写命 令 和 读数 据 模块 ，最 后将
数据 处理后 送 LED显 示 。
调 初始化子程序
设霞跳过ROM命令CCH
调写命令予程序
敬置 启 动 温 度 转 换 命 4-44H
调写命令子程序
延时
二二]二二
调初始化子程序
· 92 ·
设置跳过ROM命令 CCH
调写 命令子程序
'
l 设置读数据 命令BEH
I 调写命令子程序
l 读取温度数据 I
中
I调温度数据处理子程序I
Y
l调LED显示子程序I
1 I
图 2 软件流程 图
4 系统仿真
Proteus软件是 Labeenter公司 的一款电路设计 与仿
真软件，它包括 ISIS、ARES等软件模块 ，ARES模块主要
用 来完成 PCB的设 计 ，而 ISIS模 块 用 来完 成 电路 原 理 图
的绘制与仿真。Proteus的软件仿真基于 VSM 技术，它与
其他软件最大的不 同也是最大 的优势就在 于它能仿真大
量 的单片机 芯片 ，比如 MCS-51系列 、PIC系列 等 等 ，以及
单片机外围电路 ，比如键 盘、LED、I．CD等。通过 Proteus
软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便
的单片机实验环境 。
本设计的核心部分为 8点温度数据 的快速准确读取，
完成 电 路设 计 和软 件编 程 后 ，将 程序 在 Keil下 编译 ，装 入
单片机，进行仿真，可以看到 ，同步快速多点温度测量得到
了实现。仿真中的一个画面如图 3中的效果所示，此时采
集的是第 5通路的测量温度。
维普资讯 http://www.cqvip.com
潘勇 等：基 于 DS18B20的多点温度测量系统设计 第 9期
图 3 仿真效果 图
5 系统 运 行 与 数 据 分 析 测量通路选择 ，并实现超过测量范围蜂鸣器报警。
根据系统软硬件设计方案搭建 实际系统电路 ，依次采
集 8路温度测量数据，并在 LED数码管上显示 ，同时与现
场温度计 测量值 进行 比较 ，系统 运行结 果 如下 ，如表 2
所示 。
表 2 传感器 与温 度计 数据对照 ℃
测量结果数 据与温度 计直接 测量吻合 ，符 合仿真 结
果 ，本系统的测量范围为 0～99℃，DS18B20数 字值读取
位数 为 8位 ，精确 到 l℃ ，满 足 日常测 量 应 用 。另外 可 以通
过改变 DS18B20数字值读取位数提高精度 ，也可以根据实
际应 用要 求 扩大 量程 。在 系统 基 础 上 可 以加 入 开关 控 制
6 结 论
该温度测量系统结构简单 、程序设计方便 ，基 于仿真
系统构建的实际电路运行 良好 ，8支 DS18B20的读取时间
与 1支 DS18B20的读取 时 间基本 相 等 ，测 温迅 速 准 确 。本
设计采用 Proteus仿真的好处在于可以迅速观察到设计效
果 ，同时可以通过改变元器件参数使整个电路性能达到最
优 化 。避免 了多次 购买元 器 件 及 制板 ，节 省 了设 计 时 间与
经 费 ，提 高 了设计效 率 和质量 。
参 考 文 献
EI-I 蒋鸿 宇 ，王勇 ，植涌．由 DS1820构成 的多点 温度测量
系统 [J]．单 片机及嵌入式系统应用 ，2007(1)：59—61．
Ea] 赵海 兰，赵祥伟．智 能温度传感 器 DS18B20的原理与
应用 EJ]．现 代电子技术 ，2003(4)：32—34．
E3] 高玉芹．基于 AVR单 片机和 DS18B20的多点温度测
量系统EJ]．仪表技术 ，2005(3)：15—18．
[4] 李光飞 ，楼 然苗．单 片机 C程序设计实 例指 导[M]．北
京 ：北京航 空航天大学 出版社 ，2005：44—56．
E53 谢维成 ，杨 加 国．单 片机原 理与应 用及 C51程 序设计
[M]．北京 ：清华 大学 出版社 ，2006：35—38．
(下转 第 l16页)
· 93 ·
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 31卷 电 子 测 量 技 术
无需梯度运算 ，在 MATLAB下仿真的效果比较好，保证 了
算法 的效 率 ：定位 准 确 ，对 多个 区域 的结 点也 能 准确 检测 ；
具有 积分 特性 ，对 局 部噪 声不 敏感 ，抗 噪能 力强 ，编 程 比较
简单的优点 ，而且动态变化的阈值选取 ，增强 了本算法对
角点的敏感性 ，通过实验证明，相对于传统算法 ，本算法具
有稳定性 ，有效性，鲁棒性。为后期的指纹匹配奠定 了良
好 的基础 。
参 考 文 献
何天文．微机指纹识别技术的研究ED3．重庆：重庆
大学 ，2002．
尹义龙 ，宁新宝，张晓梅．改进 的指纹细节特征提
取算 法 EJJ．中 国图 象 图形学 报 ，2002，7(12)：
1302—1306．
傅景广，许刚，王裕国．基于二值 图像的指纹细节
点提取 [J3．计算 机研 究 与 发展 ，2004，41(4)：
720—727．
杨小冬，宁新宝，谭台哲．基于纹线跟踪 的指纹细
节提取算法口]．计算机应用，2004，24(3)：75—78．
简兵 ，庄镇泉，李海鹰，等．基于脊线跟踪的指纹图细
节提取算法口]．电路与系统学报，2001，6(3)：1-5．
张雄，贺贵明．基于宏观曲率 的指纹特征提取和分
类[J]．计算机研究与发展 ，2003，40(3)：453—458．
(上接 第 93页)
E63 马忠梅 ，籍顺心．单 片机 的 c语言应用程序设计
rM]．北 京 ：北 京 航 空 航 天 大 学 出 版社 ，2003：
53—58．
[7] 周润景，张丽娜．基于 Proteus的电路及单片机系
统设计与仿真[M]．北京 ：北京航空航天大学 出版
社 ，2006：321—339．
[7]
[8]
[9]
马桂珍 ，房宗良，姚宗中．SUSAN边缘检测算法性
能分 析 与 比较 [J]．现代 电子 技 术，2007(8)：
189一l91_
文潇 ，华骅 ，徐安 士．基 于 『SAN 的指纹 细节点提
取算法口]．四川大学学报：自然科学版，2005，42(5)．
郭浩 ，欧宗瑛 ．基 于 Gabor滤波 的指纹增 强方 法研
究EJ3．仪器仪表学报，2003，(增刊 2)．
作 者 简 介
赵 孔新 ，男 ，教授 ，现 为 长春 工业 大学
计算 机学 院硕 士生 导师 ，主要研 究方 向为
模式识别和嵌入式的应用等。
刘辉 ，女 ，长春工业大学信号与信息
处理专业在读研究生，主要研究方向为指
纹特征提取与图像处理。
E-mail：anny2318@ 163．corn
■
一
作 者 简 介
潘勇，男 ，天 津大学通信与 信息系统
高校教师在读在职硕士 ，南开大学滨海学
院电子科 学 系教师 ，助教 。
孟庆斌，男，天津大学通 信与信息 系
统高校教师在职硕士在读 ，南开大学滨海
学 院电子科学 系教 师 ，助教 。
(上 接 第 99页 )
E73 胡志坤 ，秦业，鄢锋．Visual c++通信编程工程实
例精解l-M]．北京 ：机械工业出版社 ，2007．
[8] 范晓平．跟着实例学 Visual c++ 6．0访问数据库
· 绘图 ·制表[M]．北京 ：北京航空航天大学出版
社 ，2003．
· 116 ·
作 者 简 介
孙德辉，男 ，1966年出生，北方工业大
学 自动化专业教授、博士，主要研究方 向
为网络控制理论及控制系统研究。
E-mail：sundehui@ ncut．edu．CIll
一 _
] ] ] ] ] ] 【二I
维普资讯 http://www.cqvip.com
基于DS18B20的多点温度测量系统设计.pdf
