【正文】 學(xué)校代碼： 11517 學(xué) 號(hào)： 202050712216 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 文獻(xiàn)翻譯 題 目 電子萬年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名 姚 俊 霞 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 202050712216 系 （部） 電氣信息工程系 指導(dǎo)教師 (職稱 ) 李 娜（講師） 完成時(shí)間 2020年 2 月 17 日 基于 DS18B20 分組方式測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 基于 DS18B20 分組方式 測(cè)溫 系統(tǒng)設(shè)計(jì) LI Ping ZHOU Yucai Xiangjun ZENG YANG Tingfang Changsha University of Science and Technology, Changsha 410077, Hunan, P. R. China. 摘 要： 當(dāng)用于多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，所有的 DS18B20 傳感器都連接在單片機(jī)的某根總線上，采用輪流采集溫度數(shù)據(jù)的方式。當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)傳感器時(shí)，單片機(jī)用于處理溫度數(shù)據(jù)的時(shí)間就會(huì)明顯延長，從而導(dǎo)致測(cè)溫系統(tǒng)周期增長。在本文中，采取對(duì) DS18B20 合理的分組的方法，并在軟件上采取一定措施，從而明顯的提高交替檢測(cè)速度。 關(guān)鍵詞： DS18B20分組 /溫度測(cè)試 /交替檢測(cè)時(shí)間 1 引言 DS18B20 溫度傳感器由于其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、低損耗以及測(cè)溫范圍寬而被廣泛應(yīng)用于需要多點(diǎn)測(cè)溫的地方，像化工，糧食，環(huán)境監(jiān)測(cè)等等。由于多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)采用的是單總線方式，所有的 DS18B20 傳感器掛在一根總線上，然后輪流讀取每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)換值。由于讀取單個(gè)傳感器的轉(zhuǎn)換值需要讀8 次管腳狀態(tài)，并要進(jìn)行移位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)讀取每一點(diǎn)的數(shù)據(jù)花費(fèi)的時(shí)間不小，如果測(cè)溫系統(tǒng)規(guī)模較大的話，由此造成的系統(tǒng)損耗也是相當(dāng)大的。從而導(dǎo)致系統(tǒng)的交替檢測(cè)速度明顯下降，極大的影響了多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的檢測(cè)效率。本文中，對(duì) DS18B20 平均分組并掛到多根 I/O 線上，通過同時(shí)讀取 DS18B20 的狀態(tài)得到轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)據(jù)，從而明顯提高交替檢測(cè)速度并降低系統(tǒng)開銷，同時(shí)又不影響轉(zhuǎn)換精度及可靠性。本文實(shí)現(xiàn)了一套人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的多 點(diǎn)溫度測(cè)試，明顯提高了原有測(cè)試系統(tǒng)的檢測(cè)效率。 2 DS18B20 的特性 DS18B20是由美國 Dallas公司設(shè)計(jì)的單線數(shù)字溫度傳感器．它由 64位激光刻印 ROM、溫敏元件、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL器件三個(gè)部分組成，其與單片機(jī)的通信采用單線接口， DS18B20的測(cè)量范圍是 55℃ 到 +125℃ ，增量值為基于 DS18B20 分組方式測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 ℃ 。溫度變換為數(shù)字可在 720ms內(nèi)完成，每一個(gè) DS18B20具有唯一的 64位的序列號(hào)（圖 1）， DS18B20內(nèi)部有兩個(gè) 8位存儲(chǔ)器 RAM用來儲(chǔ)存溫度值（ 0號(hào)和 1號(hào)），其中 0號(hào)存儲(chǔ)器存放溫度值的補(bǔ)碼， 1號(hào)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)溫度值的符號(hào)。用戶可以定義非易失性的溫度告警設(shè)置并且區(qū)分告警搜索命令，尋求組件溫度警報(bào)狀態(tài)以外的預(yù)定的限制。有兩種供電方式：利用信號(hào)線高電平時(shí)借電供電，或直接用 +5V電源。 圖 1 DS18B2064為 ROM 3 應(yīng)用分組測(cè)試方法 本文以 DS18B20與 89C52的接口說明分組測(cè)試方法，假定 P1口上的總線數(shù)為4，溫度測(cè)試系統(tǒng)需要 100個(gè) DS18B20傳感器，可將 100個(gè)傳感器平均分配到 4根 I/O線上，如果傳感器數(shù)量不能被總線數(shù)整除，可使連在總線上的傳感器數(shù)量差別不超過 1個(gè)，這樣讀數(shù)時(shí)就能解 決。電源采取外部供電，由于每個(gè) DS18B20都是同步轉(zhuǎn)換，所以需要較強(qiáng)電流，不能用信號(hào)線供電，否則系統(tǒng)無法正常工作。 線路連接如圖 2示（同組的 DS18B20信號(hào)線都連接在 P1口的一根總線上）。當(dāng)對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫時(shí)，必須嚴(yán)格保持時(shí)序要求。首先給所有的 DS18B20發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖，復(fù)位后，從各 I/O口發(fā)送跳轉(zhuǎn) ROM命令，轉(zhuǎn)換以后，向各路同時(shí)發(fā)匹配ROM命令，接著發(fā)送 64位序列號(hào)，每組選擇一個(gè) DS18B20 ，讀取 Scratch Pad 數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將串行讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際值，循環(huán)讀取 25次 將所有 DSl8820溫度數(shù)據(jù)完全讀完，一次交替測(cè)試完成，整個(gè)流程如圖 3所示。 圖 2 DS18B20連線圖 基于 DS18B20 分組方式測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 圖 3 DS18B20分組方式溫度采集流程 現(xiàn)在來分析單總線方式和分組方式測(cè)試系統(tǒng)耗時(shí)，圖 圖 圖 6分別為DSl8B20的復(fù)位時(shí)序、單片機(jī)寫一位和讀一位的時(shí)序。 DS18B20的復(fù)位時(shí)間為495us一 1020us，寫一位時(shí)間為 60us一 120us，讀一位時(shí)間為 60us以上，讀寫相臨一位時(shí)間間隔為 1us。因?yàn)?A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為 （ 9位精度） ,如果按最短時(shí)間計(jì)算，整個(gè)交替檢測(cè)時(shí)間分別為 ： (1)單總線 495us+2*(8*60+7)us++495us+100*(64*60+63+8*60+7+9*60+8)us=4ms (31) (2)分組模式 495us+2*(8*60+7)us++20(64*60+63+8*60+7+9*60+8)us= (32) 因?yàn)閿?shù)制轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)時(shí)間占整個(gè)交替檢測(cè)時(shí)間很小，以及無法 確定晶振頻基于 DS18B20 分組方式測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 率，這里就不計(jì)算數(shù)制轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)時(shí)間。因此，分組模式所用時(shí)間明顯少于單總線模式。 圖 4 DS18B20時(shí)間序列 圖 5 DS18B20寫時(shí)序 圖 6 DS18B20讀時(shí)序 4 設(shè)計(jì)實(shí)例 瀝青運(yùn)輸車是用于原料場和路面之間的主要輸送設(shè)備。由于瀝青轉(zhuǎn)運(yùn)車在高寒地區(qū)作業(yè)或運(yùn)送距離過長時(shí)不可避免的產(chǎn)生溫降，這會(huì)影響路面的攤鋪質(zhì)基于 DS18B20 分組方式測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 量，所以必須根據(jù)外殼的散熱情況采取具體的保溫措施。本文設(shè)計(jì)了一套用于瀝青運(yùn)輸車外殼溫度分布的無線溫度測(cè)試系統(tǒng)基于 DS18B20分組方式，總共 120個(gè)點(diǎn)。溫度測(cè)試系統(tǒng)采用 主從方式，下位機(jī)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)置傳感器，無線傳輸?shù)?。上位機(jī)采用 PC機(jī)，主要負(fù)責(zé)接收下位機(jī)發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示，存儲(chǔ)等數(shù)據(jù)管理工作以及簡單的人機(jī)交互。 系統(tǒng)硬件 考慮到主控芯片需存儲(chǔ)多點(diǎn)的溫度值并進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換，需要較多內(nèi)部 RAM，因此采用 ATMEL公司 89C52單片機(jī)，其帶有 256字節(jié) RAM和 8KB E2PROM程序存儲(chǔ)器。因?yàn)橐獙?duì) DS18B20的序列號(hào)進(jìn)行區(qū)分和編碼，所以增加了液晶模塊和鍵盤模塊 ,無線數(shù)傳部分則選用收發(fā)一體式無線模塊 PTR2020，該模塊可以有兩個(gè)業(yè)余頻段選擇 ()，波特率可調(diào) (最高可達(dá) 20Kbit/s），可以直接接收單片機(jī)串 I:I收據(jù)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)具體如下圖所示， DSl8820采用電源供電方式，共分 8組分別掛在 P1 El()，無線模塊則直接掛在串口上，硬件看門狗采用 MAX813芯片．當(dāng)系統(tǒng)加電時(shí)， 89C52的復(fù)位信號(hào)由 MAX813的復(fù)位管腳輸出，復(fù)位脈沖的值為 200 ms。程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于 MAX813的 WDI管腳