如何利用DS18B20传感器通过PIC微控制器获得温度

科技观察员 2022-11-16 3024

描述

通常，LM35温度传感器与微控制器一起使用以测量温度，因为它便宜且易于获得。但是 LM35 给出了模拟值，我们需要使用 ADC（模数转换器）将它们转换为数字值。但今天我们使用DS18B20温度传感器，不需要ADC转换即可获得温度。在这里，我们将使用带有DS18B20的PIC微控制器来测量温度。

因此，在这里，我们使用微芯片的PIC16F877A微控制器单元构建具有以下规格的温度计。

它将显示从 -55 度到 +125 度的全温度范围。

仅当温度变化 + / - .2 度时，它才会显示温度。

所需组件：-

Pic16F877A – PDIP40 封装

面包板

皮基特-3

5V 适配器

液晶显示器 JHD162A

DS18b20 温度传感器

用于连接外围设备的电线。

4.7k 电阻器 – 2 个

10k锅

20mHz 晶体

2 个 33pF 陶瓷电容器

DS18B20温度传感器：

DS18B20是一款出色的传感器，可准确检测温度。该传感器提供 9 位至 12 位的温度检测分辨率。该传感器仅与一根导线通信，不需要任何ADC即可获取模拟温度并将其转换为数字温度。

传感器的规格是：-

测量温度范围为 -55°C 至 +125°C（-67°F 至 +257°F）

-10°C 至 +85°C 范围内精度为 ±0.5°C

可编程分辨率从 9 位到 12 位

无需外部组件

传感器采用1-Wire®接口

如果我们查看数据表中的上述引脚排列图像，我们可以看到传感器看起来与 BC547 或 BC557 封装 TO-92 完全相同。第一个引脚是接地，第二个引脚是DQ或数据，第三个引脚是VCC。

以下是数据表中的电气规格，这是我们设计所需的。传感器的额定电源电压为+3.0V至+5.5V。它还需要上拉电源电压，该电压与上述电源电压相同。

此外，对于 -10 摄氏度到 +10 摄氏度的范围，精度裕度为 +-0.5 摄氏度，全范围裕度的精度会发生变化，对于 -55 度到 +125 度范围，精度裕度为 +-2 度。

如果我们再次查看数据表，我们将看到传感器的连接规格。我们可以在需要两根电线（DATA 和 GND）的寄生电源模式下连接传感器，或者可以使用外部电源连接传感器，其中需要三根单独的电线。我们将使用第二种配置。

由于我们现在熟悉传感器和连接相关区域的额定功率，我们现在可以专注于制作原理图。

电路图：-

如果我们看到电路图，我们将看到：-

16x2字符LCD通过PIC16F877A微控制器连接，其中RB0，RB1，RB2连接到LCD引脚RS，R/W和E。RB4、RB5、RB6 和 RB7 通过 LCD 的 4 针 D4、D5、D6、D7 连接。液晶屏以4位模式或半字节模式连接。

一个 20MHz 晶体振荡器和两个 33pF 陶瓷电容器连接在 OSC1 和 OSC2 引脚上。它将为微控制器提供恒定的20Mhz时钟频率。

DS18B20也按照引脚配置连接，如前所述，采用4.7k上拉电阻连接。我已经在面包板上连接了所有这些。

如果您不熟悉 PIC 微控制器，请按照我们的 PIC 微控制器教程进行操作，说明 PIC 微控制器入门。

步骤或代码流：-

设置微控制器的配置，包括振荡器配置。

设置LCD的所需端口，包括TRIS寄存器。

使用ds18b20传感器的每个周期都以复位开始，因此我们将复位ds18b20并等待存在脉冲。

编写暂存器并将传感器的分辨率设置为 12 位。

跳过ROM读取，然后跳过复位脉冲。

提交转换温度命令。

从暂存器读取温度。

检查温度值是负值还是正值。

在 16x2 LCD 上打印温度。

等待温度变化 +/-.20 摄氏度。

代码说明：

本教程末尾提供了此数字温度计的完整代码，并附有演示视频。您将需要一些头文件来运行该程序，可以从此处下载。

首先，我们需要在 pic 微控制器中设置配置位，然后从 void main 函数开始。

然后下面四行用于包括库头文件，lcd.h和ds18b20.h。 xc.h 用于微控制器头文件。

#include
#include
#include "supporting c files/ds18b20.h"
#include "supporting c files/lcd.h"
这些定义用于向温度传感器发送命令。这些命令列在传感器的数据表中。

#define skip_rom 0xCC
#define convert_temp 0x44
#define write_scratchpad 0x4E
#define resolution_12bit 0x7F
#define read_scratchpad 0xBE

传感器数据表中的表 3 显示了使用宏发送相应命令的所有命令。

仅当温度变化 +/- .20 度时，温度才会显示在屏幕上。我们可以从这个temp_gap宏观上改变这个温差。通过更改此宏中的值，规范将更改。

另外两个浮点变量用于存储显示的温度数据，并用温差区分它们

#define temp_gap 20
float pre_val=0, aft_val=0;
.

在void main（）函数中，lcd_init（）;是一个初始化LCD的函数。此 lcd_init（）函数是从 lcd.h 库中调用的。

TRIS 寄存器用于选择 I/O 引脚作为输入或输出。两个无符号短变量 TempL 和 TempH 用于存储来自温度传感器的 12 位分辨率数据。

void main(void) {
TRISD = 0xFF;
TRISA = 0x00;
TRISB = 0x00;
//TRISDbits_t.TRISD6 = 1;
unsigned short TempL, TempH;
unsigned int t, t2;
float difference1=0, difference2=0;
lcd_init();
让我们看看 while 循环，这里我们将 while（1）循环分解成小块。

这些线用于检测温度传感器是否连接。

while(ow_reset()){
lcd_com(0x80);
lcd_puts ("Please Connect ");
lcd_com (0xC0);
lcd_puts("Temp-Sense Probe");
}
通过使用这段代码，我们初始化传感器并发送命令来转换温度。

lcd_puts (" ");
ow_reset();
write_byte(write_scratchpad);
write_byte(0);
write_byte(0);
write_byte(resolution_12bit); // 12bit resolution
ow_reset();
write_byte(skip_rom);
write_byte(convert_temp);
此代码用于将 12 位温度数据存储在两个无符号短变量中。

while (read_byte()==0xff);
__delay_ms(500);
ow_reset();
write_byte(skip_rom);
write_byte(read_scratchpad);
TempL = read_byte();
TempH = read_byte();
然后，如果您检查下面的完整代码，我们将创建if-else条件来找出温度符号是正数还是负数。

通过使用 If 语句代码，我们操作数据并查看温度是否为负，并确定温度变化是否在 +/- .20 度范围内。在其他地方，我们检查温度是否为正和温度变化检测。

从DS18B20温度传感器获取数据：

让我们看看1-Wire®接口的时差。我们正在使用20Mhz晶体。如果我们查看 ds18b20.c 文件，我们会看到

#define _XTAL_FREQ 20000000

此定义用于 XC8 编译器延迟例程。20Mhz设置为晶体频率。

我们制作了五个功能

ow_reset

read_bit

read_byte

write_bit

write_byte

1-Wire协议需要严格的时序相关插槽进行通信。在数据表中，我们将获得完美的时隙相关信息。®

在下面的函数中，我们创建了确切的时间段。为保持和释放创建确切的延迟并控制相应传感器端口的TRIS位非常重要。

unsigned char ow_reset(void)
{
DQ_TRIS = 0; // Tris = 0 (output)
DQ = 0; // set pin# to low (0)
__delay_us(480); // 1 wire require time delay
DQ_TRIS = 1; // Tris = 1 (input)
__delay_us(60); // 1 wire require time delay

if (DQ == 0) // if there is a presence pluse
{
__delay_us(480);
return 0; // return 0 ( 1-wire is presence)
}
else
{
__delay_us(480);
return 1; // return 1 ( 1-wire is NOT presence)
}
} // 0=presence, 1 = no part

现在，根据以下读取和写入中使用的时隙描述，我们分别创建了读取和写入函数。

unsigned char read_bit(void)
{
unsigned char i;
DQ_TRIS = 1;
DQ = 0; // pull DQ low to start timeslot
DQ_TRIS = 1;
DQ = 1; // then return high
for (i=0; i<3; i++); // delay 15us from start of timeslot
return(DQ); // return value of DQ line
}

void write_bit(char bitval)
{
DQ_TRIS = 0;
DQ = 0; // pull DQ low to start timeslot
if(bitval==1) DQ =1; // return DQ high if write 1
__delay_us(5); // hold value for remainder of timeslot
DQ_TRIS = 1;
DQ = 1;
}// Delay provides 16us per loop, plus 24us. Therefore delay(5) = 104us

这就是我们如何利用DS18B20传感器通过PIC微控制器获得温度。

/*

* File: main.c

* Author: Sourav Gupta

*

* Created on 11 April 2018, 17:57

*/

/*

* Configuration Related settings. Specific for microcontroller unit.

*/

#pragma config FOSC = HS // Oscillator Selection bits (HS oscillator)

#pragma config WDTE = OFF // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)

#pragma config PWRTE = OFF // Power-up Timer Enable bit (PWRT disabled)

#pragma config BOREN = ON // Brown-out Reset Enable bit (BOR enabled)

#pragma config LVP = OFF // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3/PGM pin has PGM function; low-voltage programming enabled)

#pragma config CPD = OFF // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)

#pragma config WRT = OFF // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)

#pragma config CP = OFF // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)

#define _XTAL_FREQ 20000000

/*

* System Header files inclusions

*/

#include

#include

#include "supporting c files/ds18b20.h"

#include "supporting c files/lcd.h"

/*

* Ds18b20 related definition

*/

#define skip_rom 0xCC

#define convert_temp 0x44

#define write_scratchpad 0x4E

#define resolution_12bit 0x7F

#define read_scratchpad 0xBE

/*

* User interface related definitions

*/

#define temp_gap 20

float pre_val=0, aft_val=0;

/*

* Program flow related functions

*/

void sw_delayms(unsigned int d);

/* Main function / single Thread*/

void main(void) {

TRISD = 0xFF;

TRISA = 0x00;

TRISB = 0x00;

//TRISDbits_t.TRISD6 = 1;

unsigned short TempL, TempH;

unsigned int t, t2;

float difference1=0, difference2=0;

lcd_init();

while(1){

float i=0;

/* This is for presence detection of temp-sensing probe*/

while(ow_reset()){

lcd_com(0x80);

lcd_puts ("Please Connect ");

lcd_com (0xC0);

lcd_puts("Temp-Sense Probe");

}

/*------------------------------------------------------*/

lcd_puts (" ");

ow_reset();

write_byte(write_scratchpad);

write_byte(0);

write_byte(0);

write_byte(resolution_12bit); // 12bit resolution

ow_reset();

write_byte(skip_rom);

write_byte(convert_temp);

while (read_byte()==0xff);

__delay_ms(500);

ow_reset();

write_byte(skip_rom);

write_byte(read_scratchpad);

TempL = read_byte();

TempH = read_byte();



/*This is for Negative temperature*/



/*If result (TempH [Bitwise and] 1000 0000) = not 0

*then this condition get true.

case1. -0.5 degree value = 1111 1111. [1111 1111 & 1000 0000 = 1000 0000 which is not 0.]

case2. -55 degree value = 1111 1100. [1111 1100 & 1000 0000 = 1000 0000 which is not 0]

0x80 = 1000 0000

Test Case -10.125 output 1111 1111 0101 1110*/



if((TempH & 0x80)!=0){ // If condition will execute as TempH = 1111 1111 & 1000 0000 = 1000 0000.

t=TempH;// Store tempH value in t = 1111 1111 .

t<<=8;//after bitwise left shift 8 times value in t will be 1111 1111 0000 0000.

t=t|TempL;// t = 1111 1111 0000 0000 | 0101 1110 [ result t = 1111 1111 0101 1110]

t=t-1;//t = t-1 in this case t = 1111 1111 0101 1101.

t=~t;// t = 0000 0000 1010 0010.

t>>=4;// t = 0000 0000 0000 1010.

t=t*100;// t = 10 * 100 = 1000.

t2=TempL; //Store tempL value = 0101 1110.

t2=t2-1;// t2= 0101 1101

t2=~t2;//t2 = 1010 0010

t2=t2&0x0f;// t2 = 1010 0010 | 0000 1111 = 0000 0010

t2=t2 * 6.25; // 0000 00010 = 2 x 6.25 = 12.50

i=((unsigned int)t ) + (unsigned int)t2; //put both value in one variable 1000 + 12.5 = 1012.5

/*This if-else condition done because LCD would not refresh till temperature change -.20 or +.20 degree*/

pre_val=aft_val;



difference1 = pre_val - i;

difference2 = i - pre_val;

if(difference1 > temp_gap || difference2 > temp_gap){

aft_val = i;

lcd_com (0x80);

lcd_puts ("Circuit Digest");

lcd_com (0xc0);

lcd_puts("-");

lcd_bcd (5,aft_val);

lcd_data(223);

lcd_puts("C ");

}

else{

lcd_com (0x80);

lcd_puts ("Circuit Digest");

lcd_com (0xc0);

lcd_puts("-");

lcd_bcd (5,pre_val);

lcd_data(223);

lcd_puts("C ");

}

}

/*This is for positive Temperature*/

else {

i=((unsigned int)TempH << 8 ) + (unsigned int)TempL; //put both value in one variable

i = i * 6.25; //calculations used from the table provided in the data sheet of ds18b20

/*This if-else condition done because LCD would not refresh till temperature change -.20 or +.20 degree*/

pre_val=aft_val;

difference1 = pre_val - i;

difference2 = i - pre_val;

if(difference1 > temp_gap || difference2 > temp_gap){

aft_val = i;

lcd_com (0x80);

lcd_puts ("Circuit Digest");

lcd_com (0xc0);

lcd_bcd (5,aft_val);

lcd_data(223);

lcd_puts("C ");

}

else{

lcd_com (0x80);

lcd_puts ("Circuit Digest");

lcd_com (0xc0);

lcd_bcd (5,pre_val);

lcd_data(223);

lcd_puts("C ");

}

}

}

return;

}

void sw_delayms(unsigned int d){

int x, y;

for(x=0;x

for(y=0;y<=1275;y++);

}

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