【導(dǎo)讀】題目基于DS18B20的啤酒發(fā)酵。學(xué)院自動化與電氣工程學(xué)院。二〇一四年三月三十一日

　　

【正文】 4 位激光 ROM 地址碼 [ 1 ] 。很多 DS18B20 可以 連接到同一 總 線上檢測溫度，無需任何外部元件。這個功能非常適合于多點分布式溫度檢測，并且可以方便地構(gòu)成總線型 的 溫度檢測系統(tǒng)。 系統(tǒng)組成 啤酒發(fā)酵的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的組成 如 圖 1 示。工業(yè)計算機負(fù)責(zé)顯示溫度數(shù)據(jù) 處理 工作，生成溫度變化曲線和打印溫度圖表等。溫度檢測儀可通過 RS 232 接口連接到工業(yè)計算機。它通過傳輸總線控制所有溫度傳感器的工作狀態(tài)，并 根據(jù) 工業(yè)計算機的命令收集 18 個 發(fā)酵罐的溫度數(shù)據(jù)。溫度檢測器通過傳輸總線連接到總線轉(zhuǎn)換器中，每個總線轉(zhuǎn)換器可以連接到 6 個 發(fā)酵罐 ； 每個發(fā)酵罐有 3 個溫度傳感器（ DS18B20 ） 。該溫度監(jiān)控系統(tǒng)在 18 發(fā)酵罐 上分布了 54 個溫度檢測點。傳輸總線采用四芯電纜，溫度檢測器通過傳輸總線提供電源 為 總線轉(zhuǎn)換器和 DS18B20 。它可以驅(qū)動超過 500 米的傳輸總線。如果你需要增加溫度測量點的數(shù)目，多總線轉(zhuǎn)換器可以連接到傳輸總線 ，以便實現(xiàn)連接更 多 DS18B20。 DS18B20 的數(shù)量可以被連接到超過 300 個。 圖 1 溫度檢測系統(tǒng)的組成 溫度檢測儀的設(shè)計 溫 度檢測器的組成于圖 2 中示， AT89C51 單片機是溫度檢測器控制各種電路工作的核心?？刂瞥绦虼鎯υ趩纹瑱C的內(nèi)部程序存儲器 中 。數(shù)據(jù)存儲器保存每個的 溫度檢測點數(shù)據(jù)。 64 位程序存儲器保存每個溫度傳感器（ DS18B20）的激光 ROM 代碼。 9 圖 2 溫度探測器組成的框圖 MCU 的串行信號通過 RS232 接口轉(zhuǎn)換為 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了工業(yè)計算機及溫度檢測器的連接。公交車司機擴(kuò)展了駕駛 MCU 的 I / O 端口來驅(qū)動總線的傳輸，以便獲得進(jìn)一步的傳輸能力距離?？撮T狗和復(fù)位電路可以提供上電復(fù)位微控制器，它們也可以提供復(fù)位信號，當(dāng)程序被混淆了意外干擾。 顯示器是用來表明發(fā)酵罐和 3 個傳感器在發(fā)酵溫度值的當(dāng)前數(shù)量坦克。鍵盤用于控制溫度檢測器啟動和停止，也進(jìn)入測試周期等控制參數(shù)。溫度檢測器可以獨立工作，并顯示發(fā)酵罐的數(shù)量和的 3 個溫度值的檢測點在該罐中所示的溫度范圍是 176。C? 176。C。示槽的數(shù)目可以自動改變周期。顯示時間可設(shè)置在 1 ? 99 秒隨意。溫度檢測器也能夠接受的工業(yè)訂單計算機，它發(fā)送該溫度值的工業(yè)計算機，然后在工業(yè)計算機完成數(shù)據(jù)處理。 總線驅(qū)動器和總線轉(zhuǎn)換器設(shè)計理論 理論上，大量 的 DS18B20 芯片 可以連接到一個總線 上 。然而， DS18B20 的操作時段是固定的，并且許 多控制脈沖的寬度是如此之窄，只有幾微秒。 事實上，我們很少能滿足 DS18B20 的操作時段的需要 ， 因為 運行 能力和分布參數(shù)的限制。尤其是增加散發(fā)的過度長的總線的電容會使波形的失真是不可避免的，所以發(fā)生讀 /寫錯誤。DALLAS 公司總線的長度建議只有 100 米， 20 個 DS18B20 可以連接到它在同一時間，因此，該應(yīng)用程序是有限 制的 [2,4 ] 。為了解決這個問題，我們設(shè)計了傳輸總線和它的驅(qū)動程序。該總線驅(qū)動器和總線轉(zhuǎn)換器的組成如圖 3 所示。傳輸總線包括兩 個信號線 TXD 和 RXD ?？偩€驅(qū)動采用 74HC367 型邏輯電路，擴(kuò) 大 驅(qū)動 TXD 端口在單片機 AT89C51 的能力，從而完成對驅(qū)動 TXD 線 的 傳輸總線。該總線長度可以達(dá)到500 米。多個總線轉(zhuǎn)換器可以連接到一個傳輸總線，形成 “樹 ”型 或 “星 ”型 的網(wǎng)絡(luò)。總線轉(zhuǎn)換器連接傳輸總線和溫度傳感器 DS18B20 和完成它們之間的信號轉(zhuǎn)換。 DS18B20 返回的信號通過驅(qū)動器發(fā)送到總線的端子 RXD 。在 總線驅(qū)動器 轉(zhuǎn)換器還采用 74HC367 型邏輯電路 。 10 圖 3 總線驅(qū)動器 和總線轉(zhuǎn)換器的組成 我 們 在這里提到的驅(qū)動程序與 DALLAS 公司的 MicroLANs 網(wǎng)絡(luò)地址開關(guān)不同 [ 3 ] ?？偩€上的 驅(qū)動器都連接到彼此。當(dāng)跳 過 ROM 命令發(fā)送到 DS18B20 ，現(xiàn)有總線上的所有 DS18B20s 可以接收它。此功能讓我們開始所有 的 在同一總線上的DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換。該溫度檢測器可以通過獲得的不同的序列號檢測點的溫度發(fā)送不同的地址。這將大大降低溫度檢測周期，從而提高了溫度檢測速度。 硬件故障檢測技術(shù) 當(dāng)一個電源線或系統(tǒng)中的任何 DS18B20 的數(shù)據(jù)線是短到地面時，會引起整個總線停止工作。為了避免這個問題，我們設(shè)計了硬件故障檢測和該系統(tǒng)的處理電路。一方面，它限制下，以 10mA 的短路電流 。另一方面斷開輸電母線故障 分支。硬件故障檢測和處理電路的組成見圖 3 。故障檢測電路，測試的 1 wire 接口的邏輯電平，當(dāng)邏輯電平為高時，其輸出信號為 “ 1”，并且驅(qū)動轉(zhuǎn)換器的是關(guān)閉，當(dāng)該邏輯電平為低時，其輸出信號為 “0”和轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器是打開的。如果邏輯電平為低，其持續(xù)時間為 10ms 以上，根據(jù)這些現(xiàn)象，可以判斷發(fā)生硬件故障， 此時 ，輸出信號是 “1” ，并且轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器將永久性關(guān)閉。因此，只有失敗的 DS18B20 是從傳輸總線斷開，其他 DS18B20 可以正常工作。 雖然一個總線轉(zhuǎn)換器可以被連接到 30 個 DS18B20 ，當(dāng)短路故障發(fā)生在 一DS18B20 時 ，其他 29 個 DS18B20 也 將停止工作。 如果 每一個 DS18B20 可以獨立工作，也不會影響 其它的 ，當(dāng)有短路故障的發(fā)生，為每一個 DS18B20 配備一個總線轉(zhuǎn)換器是必要的。 這樣 一個傳輸總線可以連接超過 300 個 轉(zhuǎn)換器。 管理軟件的設(shè)計 溫度監(jiān)控系統(tǒng)的軟件是 用 VISUAL BASIC 開發(fā)的，它負(fù)責(zé)采集實時溫度，傳感器溫度補償?shù)墓ぷ鳎@示多點溫度值，表示溫度變化曲線和溫度變化曲線打印。 采 集的實時溫度模塊之間通過串行通信實現(xiàn) 和 工業(yè)電腦及溫度檢測 器的連接 。串行通信采用 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳 輸波特率是 9600 比特 /秒，數(shù)據(jù)格式為 8 位數(shù)據(jù)位，1 個奇偶校驗位， 1 位停止位。工業(yè)計算機收集 18 個 發(fā)酵罐 上的 54 個測試點的溫度值每 1 分鐘 一次 ，然后將溫度數(shù)據(jù)保存在計算機硬盤中的文本文件 中 ，以生成報表的 11 溫度和溫度變化的曲線。 傳感器溫度補償模塊用于對傳感器進(jìn)行誤差校準(zhǔn)。精度 為 177。 176。C 從 10 176。 C 至+85 176。C 在 DS18B20 中 [1] 。為了提高測量精度，我們建立了在每一個溫度測量點溫度補償管理軟件。溫度補償范圍為 177。 5 176。C ，分辨率為 176。 C。溫度補償數(shù)據(jù)需要進(jìn)行手動輸入。 顯 示多點溫度值的模塊用于顯示在 18 個 發(fā)酵罐中 54 個測試點 的 當(dāng)前溫度 ， 顯示界面顯示在圖 4 。你可以找到發(fā)酵罐和三個測試點的溫度值在發(fā)酵罐的數(shù)量從監(jiān)視器。三個測試點是由上段，中段和下排。該接口包含溫度曲線的快捷按鈕，通過點擊鼠標(biāo)，就可以切換到顯示界面的溫度變化曲線。它也顯示通信狀態(tài)和的數(shù)發(fā)酵罐中的溫度數(shù)據(jù)被采樣。 圖 4 發(fā)酵溫度結(jié)論 4 的顯示界面 結(jié)論 通過使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的樹狀或星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的 實現(xiàn)，從而簡化了溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計，降低了系統(tǒng)的成本。硬件故障檢測技術(shù)及其不斷改進(jìn)使溫度檢測系統(tǒng) 的可靠性大大提高?？偩€驅(qū)動器和總線轉(zhuǎn)換器采用 74HC 系列邏輯電路，具有非常低的靜態(tài)功耗。溫度監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)運行了四年多。實踐表明，該系統(tǒng)接線簡單，方便維護(hù)，成本低，可靠性高和 高效率 。它具有良好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn) [1] Dallas Semiconductor, DS18B20 Programmable Resolution 1Wire Digital Thermometer. (2020) [2] Dallas Semiconductor, MicroLAN In the Long Run, Application Note 108. (2020) [3] Dallas Semiconductor, Complex MicroLANs, Application Note 106. (2020) [4] Dallas Semiconductor, Guidelines for Reliable 1Wire Networks, Application Note 148. (2020)