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1.溫度傳感器DS18B20介紹 DALLAS公司單線(xiàn)數字溫度傳感器DS18B20是一種新的“一線(xiàn)器件”，它具有體積小、適用電壓寬等特點(diǎn)。一線(xiàn)總線(xiàn)獨特而且經(jīng)濟的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò )，為測量系統的構建引入全新概念。DS18B20支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內，精度為±0.5℃;通過(guò)編程可實(shí)現9～12位的數字值讀數方式;可以分別在93.75ms和750ms內將溫度值轉化為9位和12位的數字量。每個(gè)DS18B20具有唯一的64位長(cháng)序列號，存放于DS18B20內部ROM只讀存儲器中。 DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括1個(gè)高速暫存RAM和1個(gè)非易失性的電可擦除E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結構寄存器。暫存存儲器包含了8個(gè)連續字節，前2字節為測得的溫度信息，第1個(gè)字節為溫度的低8位，第2個(gè)字節為溫度的高8位。高8位中，前4位表示溫度的正(全“0”)與負(全“1”);第3個(gè)字節和第4個(gè)字節為T(mén)H、TL的易失性拷貝;第5個(gè)字節是結構寄存器的易失性拷貝，此三個(gè)字節內容在每次上電復位時(shí)被刷新;第6、7、8個(gè)字節用于內部計算;第9個(gè)字節為冗余檢驗字節。所以，讀取溫度信息字節中的內容，可以相應地轉化為對應的溫度值。表1列出了溫度與溫度字節間的對應關(guān)系。 溫度與溫度字節間的對應關(guān)系 2.系統硬件結構 系統分為現場(chǎng)溫度數據采集和上位監控PC兩部分。圖1為系統的結構圖。需要指出的是，下位機可以脫離上位PC機而獨立工作。增加上位機的目的在于能夠更方便地遠離現場(chǎng)實(shí)現監控、管理�，F場(chǎng)溫度采集部分采用8051單片機作為中央處理器，在P1.0口掛接10個(gè)DS18B20傳感器，對10個(gè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測。非易失性RAM用作系統溫度采集及運行參數等的緩沖區。上位PC機通過(guò)RS485通信接口與現場(chǎng)單片微處理器通信，對系統進(jìn)行全面的管理和控制，可完成數據記錄，打印報表等工作。 系統各模塊分析如下： 2.1 DS18B20與單片機的接口電路 DS18B20與8051單片機連接非常簡(jiǎn)單，只需將DS18B20信號線(xiàn)與單片機一位I/O線(xiàn)相連，且一位I/O線(xiàn)可連接多個(gè)DS18B20，以實(shí)現單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度測量。DS18B20可以通過(guò)2種方式供電：外加電源方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，電源的正負極分別與DS18B20的VDD和GND相連接。后者采用寄生電源，將DS18B20的VDD與GND接在一起，當總線(xiàn)上出現高電平時(shí)，上拉電阻提供電源;當總線(xiàn)低電平時(shí)，內部電容供電。由于采用外加電源方式更能增強DS18B20的抗干擾性，故本設計采用這種方式。在實(shí)際應用中，傳感器與單片機的距離往往在幾十米到幾百米，傳輸線(xiàn)的寄生電容對DS18B20的操作也有一定的影響，所以往往在接口的地方稍加改動(dòng)，以增加芯片的驅動(dòng)能力和減少傳輸線(xiàn)電容效應帶來(lái)的影響，達到遠距離傳輸的目的。 2.2鍵盤(pán)及顯示 鍵盤(pán)通過(guò)編程設置可完成以下功能：對溫度值進(jìn)行標定，定時(shí)顯示各路的溫度值，單獨顯示某路的溫度值，給每一路設定上下限報警值等。LED則可為用戶(hù)提供直觀(guān)的視覺(jué)信息。在工作現場(chǎng)，用戶(hù)可通過(guò)6位LED的顯示數據來(lái)確定系統的當前工作狀態(tài)以及采樣的溫度值信息等。 2.3報警電路 當被測溫度值超過(guò)預先設定的上下限時(shí)，報警電路作出響應，蜂鳴器發(fā)出響聲，告知用戶(hù)溫度的異常。具體哪一個(gè)傳感器溫度值超限，可由軟件查詢(xún)各DS18B20內部告警標志而確定，繼而調整該現場(chǎng)溫度，以達到對溫度波動(dòng)的控制。 3.軟件設計及流程 3.1下位機軟件 系統下位測溫部分軟件采用MCS51匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，主要完成對DS18B20的讀寫(xiě)操作，實(shí)現實(shí)時(shí)數據的采集，并獲取最終溫度值送至單片機內存。但需要注意的是，由于DS18B20的單總線(xiàn)方式，數據的讀寫(xiě)都占用同一根線(xiàn)，所以每一種操作都必須嚴格按照時(shí)序進(jìn)行。圖2為測溫子系統流程圖。單片機首先發(fā)送復位脈沖，該脈沖使信號線(xiàn)上所有的DS18B20芯片都被復位，接著(zhù)發(fā)送ROM操作命令，使得序列號編碼匹配的DS18B20被激活。被激活后的DS18B20進(jìn)入接收內存訪(fǎng)問(wèn)命令狀態(tài)，內存訪(fǎng)問(wèn)命令完成溫度轉換、讀取等工作(單總線(xiàn)在ROM命令發(fā)送之前存儲命令和控制命令不起作用)。 3.2上位機軟件 系統上位機的軟件采用VC++6.0編寫(xiě)。主要完成的功能包括：與下位單片微機的實(shí)時(shí)通信;模擬顯示各采集點(diǎn)溫度曲線(xiàn);保存各測溫點(diǎn)溫度數據;統計各采集點(diǎn)平均溫度值;打印各點(diǎn)溫度統計報表等。 程序流程圖 4.結論 本系統具有如下特點(diǎn)： 結構簡(jiǎn)單，成本低廉，維護方便。 直接將溫度數據進(jìn)行編碼，可以只使用單根電纜傳輸溫度數據，通信方便，傳輸距離遠且抗干擾性強。 配置靈活、方便、易于擴展�？蓴U展多路下位溫度采集子系統，將它們通過(guò)RS485與上位PC機組網(wǎng)，形成多點(diǎn)溫度采集網(wǎng)絡(luò )。也可在各子系統中有選擇性地增減溫度傳感器。 工作穩定，測溫精度高。實(shí)驗表明，在長(cháng)達200m的一位總線(xiàn)上掛接24個(gè)DS18B20溫度傳感器，系統可正確地進(jìn)行溫度采集，分辨率為0.5℃。 適合于惡劣環(huán)境的現場(chǎng)溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過(guò)程控制、測溫類(lèi)消費電子產(chǎn)品等。在大范圍溫度多點(diǎn)監控系統中具有十分誘人的應用前景。 |
