基于DS18B20在變電站測溫的設(shè)計與應(yīng)用-設(shè)計應(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)字測溫和控制領(lǐng)域。

測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器。隨著技術(shù)飛速發(fā)展，傳感器已進入第三代數(shù)字傳感器。本測溫系統(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、傳輸距離遠等特點。廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域的控制儀器、測控系統(tǒng)中。

二DS18B20的介紹

1.DS18B20的幾個特點：

特點獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V無需備用電源測量溫度范圍為-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警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)。

描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供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1線接口，所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(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，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機器，并進行過程監(jiān)測和控制。

a.DS18B20因為采用了單總線技術(shù)，可通過串行口線，也可通過其他I/O口線與微機直接接傳感器直接輸出被測溫度值（二進制數(shù)）。

b.其測量溫度范圍為：-55℃————+125℃，

c.測量分辨率為：0.0625℃，是其他傳感器無法相比的。

圖1DS18B20外部形狀及管腳

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

e.用戶可分別設(shè)定每個器件的溫度上、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，如表一所示。

表1

b.高速暫存器RAM共占0、1兩個單元：

表2

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

c.九個寄存器的名稱及作用：

表3

三DS18B20的控制方法

DS18B20的操作是通過執(zhí)行操作命令實現(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、寫時序，只有響應(yīng)脈沖是DS18B20發(fā)出的，其他都有單片機發(fā)出。時序的具體要求如下：

（1）復(fù)位脈沖：單片機發(fā)出一個寬為480—960μs的負脈沖之后再發(fā)出5—60μs的正脈沖，此時DS18B20會發(fā)出一個60—240μs的響應(yīng)脈沖，復(fù)位時序結(jié)束。也就是呼應(yīng)階段。

（2）寫時間片：寫一位二進制的信息，周期至少為61μS,其中含1μS的恢復(fù)時間，單片機啟動寫程序后15—60μs期間DS18B20自動采樣數(shù)據(jù)線，低電平為“0”，高電平為“1”。

（3）讀時間片：讀一位二進制數(shù)據(jù)，周期及恢復(fù)時間要求與寫時間片相同。單片機啟動讀時序之后，至少保持1μs低電平，然后在接近啟動后15μs之前讀入數(shù)據(jù)。低電平為“0”，高電平為“1”。

圖2初始化時序

圖3讀/寫時序

（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：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傳感器的情況下使用。具體的搜索過程為：（1）單片機發(fā)出復(fù)位脈沖進行初始化，連接在P3。（3）單片機從單總線上讀一位數(shù)據(jù)。ds18b20的工作時序分別有初始化時序、寫時序、讀時序、轉(zhuǎn)換時序等，根據(jù)傳感器的這些時序要求編寫出子程序、主程序

表4

四測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計

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)動三個LED數(shù)碼管和一個繼電器線圈從而驅(qū)動電加熱設(shè)備。在本系統(tǒng)中測控一路溫度信號，DS18B20通過單總線方式連接在單片機的P3。5.引腳上，用戶可設(shè)定所需的溫度測定值（包括上限值和下限值），P3.1引腳控制電熱設(shè)備啟動與停止，從而達到控制溫度效果。整個硬件系統(tǒng)簡單、明晰。

圖3DS18B20測溫硬件原理圖

五系統(tǒng)軟件設(shè)計：

系統(tǒng)對溫度檢測控并實時顯示溫度值。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，時序復(fù)雜，在編程及運行中均須嚴格安照時序進行。

測溫系統(tǒng)的工作流程：初始化——-獲取序列號的ROM操作命令——-寫存儲器操作命令——-讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)——-處理數(shù)據(jù)—-顯示溫度—-啟動控制設(shè)備。子程序包括：對DS18B20初始化子程序、讀子程序、寫子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)值計算子程序、顯示子程序。（見程序方框圖）

此系統(tǒng)程序編寫雖然比AD590測溫復(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

DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：

較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分采用匯編語言實現(xiàn)。

在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。

參考文獻:

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