一種新型多點測溫系統(tǒng)的設(shè)計

1 溫度傳感器DS18B20介紹

DALLAS公司單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新的“一線器件”，它具有體積小、適用電壓寬等特點。一線總線獨特而且經(jīng)濟(jì)的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃；通過編程可實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式；可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化為9位和12位的數(shù)字量。每個DS18B20具有唯一的64位長序列號，存放于DS18B20內(nèi)部ROM只讀存儲器中。

DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括1個高速暫存RAM和1個非易失性的電可擦除E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前2字節(jié)為測得的溫度信息，第1個字節(jié)為溫度的低8位，第2個字節(jié)為溫度的高8位。高8位中，前4位表示溫度的正(全“0”)與負(fù)(全“1”)；第3個字節(jié)和第4個字節(jié)為TH、TL的易失性拷貝；第5個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，此三個字節(jié)內(nèi)容在每次上電復(fù)位時被刷新；第6、7、8個字節(jié)用于內(nèi)部計算；第9個字節(jié)為冗余檢驗字節(jié)。所以，讀取溫度信息字節(jié)中的內(nèi)容，可以相應(yīng)地轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的溫度值。表1列出了溫度與溫度字節(jié)間的對應(yīng)關(guān)系。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)采集和上位監(jiān)控PC兩部分。圖1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。需要指出的是，下位機(jī)可以脫離上位PC機(jī)而獨立工作。增加上位機(jī)的目的在于能夠更方便地遠(yuǎn)離現(xiàn)場實現(xiàn)監(jiān)控、管理?，F(xiàn)場溫度采集部分采用8051單片機(jī)作為中央處理器，在P1.0口掛接10個DS18B20傳感器，對10個點的溫度進(jìn)行檢測。非易失性RAM用作系統(tǒng)溫度采集及運行參數(shù)等的緩沖區(qū)。上位PC機(jī)通過RS485通信接口與現(xiàn)場單片微處理器通信，對系統(tǒng)進(jìn)行全面的管理和控制，可完成數(shù)據(jù)記錄，打印報表等工作。

系統(tǒng)各模塊分析如下：

2.1 DS18B20與單片機(jī)的接口電路

DS18B20與8051單片機(jī)連接非常簡單，只需將DS18B20信號線與單片機(jī)一位I/O線相連，且一位I/O線可連接多個DS18B20，以實現(xiàn)單點或多點溫度測量。DS18B20可以通過2種方式供電：外加電源方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，電源的正負(fù)極分別與DS18B20的VDD和GND相連接。后者采用寄生電源，將DS18B20的VDD與GND接在一起，當(dāng)總線上出現(xiàn)高電平時，上拉電阻提供電源；當(dāng)總線低電平時，內(nèi)部電容供電。由于采用外加電源方式更能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾性，故本設(shè)計采用這種方式。在實際應(yīng)用中，傳感器與單片機(jī)的距離往往在幾十米到幾百米，傳輸線的寄生電容對DS18B20的操作也有一定的影響，所以往往在接口的地方稍加改動，以增加芯片的驅(qū)動能力和減少傳輸線電容效應(yīng)帶來的影響，達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康摹?