基于DS18B20在變電站測(cè)溫的設(shè)計(jì)與應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

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本文分析TS-18B20數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。

測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器。隨著技術(shù)飛速發(fā)展，傳感器已進(jìn)入第三代數(shù)字傳感器。本測(cè)溫系統(tǒng)采用的DS18B20就是屬于這種傳感器。

DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20是一種但總線溫度傳感器屬于新一代是配微處理器的智能溫度傳感器，這種傳感器具有體積小、精度高、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域的控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)中。

二DS18B20的介紹

1.DS18B20的幾個(gè)特點(diǎn)：

特點(diǎn)獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V無(wú)需備用電源測(cè)量溫度范圍為-55°C至+125℃。華氏相當(dāng)于是-67°F到257華氏度-10°C至+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式值為750毫秒用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng)。

描述該DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)提供9至12位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到/從DS18B20通過(guò)1線接口，所以中央微處理器與DS18B20只有一個(gè)一條口線連接。為讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制。

a.DS18B20因?yàn)椴捎昧藛慰偩€技術(shù)，可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)其他I/O口線與微機(jī)直接接傳感器直接輸出被測(cè)溫度值（二進(jìn)制數(shù)）。

b.其測(cè)量溫度范圍為：-55℃————+125℃，

c.測(cè)量分辨率為：0.0625℃，是其他傳感器無(wú)法相比的。

圖1DS18B20外部形狀及管腳

d.內(nèi)含64位只讀存儲(chǔ)器ROM,（內(nèi)存出廠序列號(hào)，是對(duì)應(yīng)每一個(gè)器件的號(hào)），還又RAM存有溫度當(dāng)前轉(zhuǎn)換值及符號(hào)。

e.用戶可分別設(shè)定每個(gè)器件的溫度上、下限。

f.內(nèi)含寄生電源。

2.DS18b20的結(jié)構(gòu)：

a.64位光刻ROM，可以看作是DS18B20的地址序列號(hào)，如表一所示。

表1

b.高速暫存器RAM共占0、1兩個(gè)單元：

表2

兩個(gè)8位的RAM中，存放二進(jìn)制的數(shù)，高五位是符號(hào)位，如果溫度大于0OC,這五位數(shù)為0，將測(cè)到的數(shù)值乘以0.0625，即得到實(shí)際的溫度值；如果溫度小于0OC,高五位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1，再乘以0.0625，才得到實(shí)際的溫度值。

c.九個(gè)寄存器的名稱及作用：

表3

三DS18B20的控制方法

DS18B20的操作是通過(guò)執(zhí)行操作命令實(shí)現(xiàn)的，其控制程序是按照DS18B20的通訊協(xié)議編制的。其中包含復(fù)位脈沖、響應(yīng)脈沖、讀、寫(xiě)時(shí)序，只有響應(yīng)脈沖是DS18B20發(fā)出的，其他都有單片機(jī)發(fā)出。時(shí)序的具體要求如下：

（1）復(fù)位脈沖：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)出一個(gè)寬為480—960μs的負(fù)脈沖之后再發(fā)出5—60μs的正脈沖，此時(shí)DS18B20會(huì)發(fā)出一個(gè)60—240μs的響應(yīng)脈沖，復(fù)位時(shí)序結(jié)束。也就是呼應(yīng)階段。

（2）寫(xiě)時(shí)間片：寫(xiě)一位二進(jìn)制的信息，周期至少為61μS,其中含1μS的恢復(fù)時(shí)間，單片機(jī)啟動(dòng)寫(xiě)程序后15—60μs期間DS18B20自動(dòng)采樣數(shù)據(jù)線，低電平為“0”，高電平為“1”。

（3）讀時(shí)間片：讀一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，周期及恢復(fù)時(shí)間要求與寫(xiě)時(shí)間片相同。單片機(jī)啟動(dòng)讀時(shí)序之后，至少保持1μs低電平，然后在接近啟動(dòng)后15μs之前讀入數(shù)據(jù)。低電平為“0”，高電平為“1”。

圖2初始化時(shí)序

圖3讀/寫(xiě)時(shí)序

（4）ROM操作命令的執(zhí)行：

在ROM操作命令中，有兩條命令專門用于獲取傳感器序列號(hào)：讀ROM命令（33H）和搜索ROM命令（FOH）。讀ROM命令只在總線上只有一個(gè)傳感器的情況下使用。具體的搜索過(guò)程為：（1）單片機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖進(jìn)行初始化，連接在P3。（3）單片機(jī)從單總線上讀一位數(shù)據(jù)。ds18b20的工作時(shí)序分別有初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序、讀時(shí)序、轉(zhuǎn)換時(shí)序等，根據(jù)傳感器的這些時(shí)序要求編寫(xiě)出子程序、主程序

表4

四測(cè)溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇體積小、成本低、內(nèi)帶2KEEPROM的89C2051作為控制芯片，晶振采用12MHZ，用74LS07，74LS04驅(qū)動(dòng)三個(gè)LED數(shù)碼管和一個(gè)繼電器線圈從而驅(qū)動(dòng)電加熱設(shè)備。在本系統(tǒng)中測(cè)控一路溫度信號(hào)，DS18B20通過(guò)單總線方式連接在單片機(jī)的P3。5.引腳上，用戶可設(shè)定所需的溫度測(cè)定值（包括上限值和下限值），P3.1引腳控制電熱設(shè)備啟動(dòng)與停止，從而達(dá)到控制溫度效果。整個(gè)硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)單、明晰。

圖3DS18B20測(cè)溫硬件原理圖

五系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)對(duì)溫度檢測(cè)控并實(shí)時(shí)顯示溫度值。所選用的溫度傳感器芯片DS18B20屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，時(shí)序復(fù)雜，在編程及運(yùn)行中均須嚴(yán)格安照時(shí)序進(jìn)行。

測(cè)溫系統(tǒng)的工作流程：初始化——-獲取序列號(hào)的ROM操作命令——-寫(xiě)存儲(chǔ)器操作命令——-讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)——-處理數(shù)據(jù)—-顯示溫度—-啟動(dòng)控制設(shè)備。子程序包括：對(duì)DS18B20初始化子程序、讀子程序、寫(xiě)子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)值計(jì)算子程序、顯示子程序。（見(jiàn)程序方框圖）

此系統(tǒng)程序編寫(xiě)雖然比AD590測(cè)溫復(fù)雜，但省去A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)硬件，提高精度及抗干擾能力，系統(tǒng)穩(wěn)定。

結(jié)束語(yǔ)

DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：

較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。

參考文獻(xiàn):

[1].DS18B20datasheet/datasheet/DS18B20_819975.html.[2].ROMdatasheet/datasheet/ROM+_1188413.html.[3].89C2051datasheet/datasheet/89C2051_105398.html.[4].74LS07datasheet/datasheet/74