【導讀】Changsha410077,Hunan,P.R.China.

　　

【正文】 取 DS18B20 的狀態(tài)得到轉換的溫度數據，從而明顯提高交替檢測速度并降低系統(tǒng)開銷，同時又不影響轉換精度及可靠性。本文實現了一套人工環(huán)境實驗室的多點溫度測試，明顯提高了原有測試系統(tǒng)的檢測效率。 Ⅱ .DS18B20 的特性 DS18B20是由美國 Dallas公司設計的單線數字溫度傳感器．它由 64位激光刻印 ROM、溫敏元件、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL器件三個部分組成，其與單片機的通信采用單線接口， DS18B20的測量范圍是 55℃到 +125℃，增量值為℃。溫度變換為數字可在 720ms內完成，每一個 DS18B20具有唯一的 64位的序列號（圖 1）， DS18B20內部有兩個 8位存儲器 RAM用來儲存溫度值 （ 0號和 1號），其中 0號存儲器存放溫度值的補碼， 1號存儲器存儲溫度值的符號。用戶可以定義非易失性的溫度告警設置并且區(qū)分告警搜索命令，尋求組件溫度警報狀態(tài)以外的預定的限制。有兩種供電方式：利用信號線高電平時借電供電，或直接用 +5V電源。 Ⅲ .應用分組測試方法 本文以 DS18B20與 89C52的接口說明分組測試方法，假定 P1口上的總線數為 4，溫度測試系統(tǒng)需要 100個 DS18B20傳感器，可將 100個傳感器平均分配到 4根 I/O線上，如果傳感器數量不能被總線數整除，可使連在總線上的傳感器數量差別不超過 1個，這樣讀數時就能解決。電源采取外部供電，由于每個 DS18B20都是同步轉換，所以需要較強電流，不能用信號線供電，否則系統(tǒng)無法正常工作。 線路連接如圖 2示（同組的 DS18B20信號線都連接在 P1口的一根總線上）。當對 DS18B20進行讀寫時，必須嚴格保持時序要求。首先給所有的 DS18B20發(fā)一個復位脈沖，復位后，從各 I/O口發(fā)送跳轉 ROM命令，轉換以后，向各路同時發(fā)匹配 ROM命令，接著發(fā)送 64位序列號，每組選擇一個 DS18B20 ，讀取 Scratch Pad 數據，最后進行數據轉換，將串行讀取的數據轉換成 實際值，循環(huán)讀取 25次將所有 DSl8820溫度數據完全讀完，一次交替測試完成，整個流程如圖 3所示。 圖 現在來分析單總線方式和分組方式測試系統(tǒng)耗時，圖 46分別為 DSl8B20的復位時序、單片機寫一位和讀一位的時序。 DS18B20的復位時間為 495us一 1020us，寫一位時間為 60us一 120us，讀一位時間為 60us以上，讀寫相臨一位時間間隔為1us。因為 A/D轉換時間為 （ 9位精度） ,如果按最短時間計算，整個交替檢測時間分別為： （ 1）單總 線 495us+2}f8女 60+7)us+97． 35ms+． 495us+100(64*60+63+ 8*60+7+9*60+8)us=552． 534ms （ 2）分組模式 495us+28(860+7)us+97． 35ms+20(64+60+63+8+60+7+ 9460+8)us=189． 804ms 因為數制轉換和存儲時間占整個交替檢測時間很小，以及無法確定晶振頻率，這里就不計算數制轉換和存儲時間。因此，分組模式所用時間明顯少于單總線模式。 Ⅳ .設計實例 瀝青運輸車是用于原料場和路面之間的主要輸送設備 。由于瀝青轉運車在高寒地區(qū)作業(yè)或運送距離過長時不可避免的產生溫降，這會影響路面的攤鋪質量，所以必須根據外殼的散熱情況采取具體的保溫措施。本文設計了一套用于瀝青運輸車外殼溫度分布的無線溫度測試系統(tǒng)基于 DS18B20分組方式，總共 120個點。溫度測試系統(tǒng)采用主從方式，下位機負責采集數據，存儲數據，設置傳感器，無線傳輸等。上位機采用 PC機，主要負責接收下位機發(fā)送過來的溫度數據，并進行顯示，存儲等數據管理工作以及簡單的人機交互。 系統(tǒng)硬件 考慮到主控芯片需存儲多點的溫度值并進行數值轉換，需要較多內部RAM，因此采用 ATMEL公司 89C52單片機，其帶有 256字節(jié) RAM和 8KB E2PROM程序存儲器。因為要對 DS18B20的序列號進行區(qū)分和編碼，所以增加了液晶模塊和鍵盤模塊 ,無線數傳部分則選用收發(fā)一體式無線模塊 PTR2021，該模塊可以有兩個業(yè)余頻段選擇 (433． 9MHd434． 33MHz)，波特率可調 (最高可達 20Kbit／ s），可以直接接收單片機串 I： I收據。系統(tǒng)硬件結構具體如下圖所示，DSl8820采用電源供電方式，共分 8組分別掛在 P1 El(P1． 0一 P1． 7)，無線模塊則直接掛在串口上，硬件看門狗 采用 MAX813芯片．當系統(tǒng)加電時， 89C52的復位信號由 MAX813的復位管腳輸出，復位脈沖的值為 200 ms。程序正常運行時，必須在小于 1． 6s的時間間隔內向 MAX813的 WDI管腳發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內部看門狗定時器。若超過 1． 6s該管腳都沒收到脈沖信號，則使 89C52復位?？紤]到系統(tǒng)須存取 120個 DSl8820的序列號。所以擴展了一片8K帶掉電保護功能的數據存取器 DSl225。 系統(tǒng)軟件功能和流程 溫度測試系統(tǒng)軟件部分，負責完成對 DSl8820的編號、數據采集及轉換、無線通訊及鍵盤管理等 ，為了調試程序方便，提高可靠性，采用了模塊化設計，主要有鍵盤處理模塊、無線通訊模塊、溫度采集和處理模塊、顯示模塊等，軟件流程具體如圖所示。加電源復位后， 89C52首先自檢，當自檢結束后調用各子程序模塊。主程序負責鍵盤管理、系統(tǒng)初始化及各功能模塊的調用。系統(tǒng)中留有口線以實現 DSl8820的編程任務。利用鍵盤和顯示配合讀取120點 DS18B20的序列號，之后編號存入 DS1225Y中，一開始無線模塊設置為接收狀態(tài)，以接收采集數據啟動命令，轉換時，無無線模塊設置為休眠狀態(tài)，在進行溫度數據上傳時模塊設置為發(fā)送狀態(tài)，將 溫度數據和 DS18B20的系統(tǒng)編號發(fā)送給上位機。采集和轉換部分啟動 DS18B20轉換，分組方式讀取溫度數據，存儲數據等等。以下程序為采集，轉換模塊的主要內容： void Get_ Temperature(void) { uchar i,j , temp_ lsb, temp_ msb。 for(i=0。i8。i++) {skip_rom(i)。//跳過序列號檢驗 write_bytes(0x44 )。} //各路同時開始溫度轉換 for(j=0。j100。j++) //延時 ，等待轉換結束 {delay(1000)。} For(j=0。j15。j++) { match_ rom(j)。 read_ scratchpads (j)。 } for(j=0。j120。j++) {temp_lsb = temp_pad[j][0] 。 //溫度值的數據轉換 temp_msb = temp_pad[j][1] 。 temp_lsb = 4 。 temp_msb = 4 。 temp_lsb |=temp_msb。 temp_msb = (temp_lsb/10) 。 temp_msb =4 。 temp_lsb %= 10 。 temp_lsb |=temp_msb。 temperature_ vel[j] = temp_lsb。}} Ⅴ .結論 本文作者創(chuàng)新點： 1） 通過分析基于單總線方式和分組方式的多點溫度測試系統(tǒng)的交替檢測時間的差別，得出分組方式能明顯提高交替檢測速度； 2） 設計了一套基于 DS18B20分組方式的無線多點溫度測試系統(tǒng)，這套系統(tǒng)已經用于一家大型機械公司的瀝青運輸車的技術改造中，并取得良好的效果。