一種基于DS18B20的溫度采集新方案

摘要：目前DS18B20數(shù)據(jù)的采集方法，存在不能自動(dòng)更新DS18B20序列號(hào)和定位DS18B20的不足，因此不能及時(shí)進(jìn)行 DS18B20的更換。本課題利用單片機(jī)I／O端口號(hào)和DS18B20的溫度報(bào)警觸發(fā)器(TH和TL)，作為在外部存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)地址和DS18B20的物理地址，實(shí)現(xiàn)了DS18B20和ROM序列號(hào)的自動(dòng)更新，和溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位。并給出了軟、硬件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：DS18B20 AVR單片機(jī)；單總線

0 引言

溫度監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域擁有很大的應(yīng)用價(jià)值和前景。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工監(jiān)控由于存在很多缺點(diǎn)，正在逐漸被電子監(jiān)控所代替。現(xiàn)有的一根I／O線上連接多個(gè)DS18B20的數(shù)據(jù)采集方法，在DS18B20接入系統(tǒng)之前，需要采用人工方式將DS18B20的64位ROM序列號(hào)逐一讀出，并在單片機(jī)程序中或外部存儲(chǔ)器中進(jìn)行存儲(chǔ)。這種方法給DS18B20物理位置的確定帶來了困難，特別是當(dāng)更換出現(xiàn)故障的DS18B20時(shí)，這個(gè)問題變得尤為突出。

因此，本課題通過采用軟件編程與硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，解決了在AVR單片機(jī)與DS18B20結(jié)合的測(cè)溫系統(tǒng)中數(shù)字傳感器的更換問題。在本課題提出的解決方案中，數(shù)據(jù)采集模塊采用低功耗AVR單片機(jī)-Atmega16、單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20以及外部存儲(chǔ)器-低能耗串行EEP-ROM。系統(tǒng)根據(jù)DS18B20數(shù)量的多少，可以選擇基于MAX485的有線組網(wǎng)，也可以選擇基于nRF905或ZigBee的分布式無線組網(wǎng)。

1 DS18B20簡(jiǎn)介

1．1 概述

DS18B20是由美國(guó)DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的高性能單線數(shù)字式溫度傳感器。該傳感器提供9到12位溫度讀數(shù)；可實(shí)現(xiàn)-55℃到+125℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，增量值為0．5℃?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的溫度值通過單總線接口傳給微處理器，多個(gè)DS18B20可以存在于同一條單線總線上。因此，在實(shí)際應(yīng)用中可以在多個(gè)不同的地方放置DS18B20，并將這些傳感器接在同一條單線總線上，由一個(gè)單片機(jī)進(jìn)行控制。對(duì)DS18B20數(shù)字傳感器供電有兩種方式：一是寄生電源供電；二是外部電源供電。每個(gè)DS18B20在出廠時(shí)都有一個(gè)唯一的64位編號(hào)，存放在內(nèi)部ROM中。

1．2 引腳說明

DS18B20只有三個(gè)引腳：一個(gè)是GDN(電源地)；一個(gè)是VDD(當(dāng)采用寄生電源供電時(shí)，VDD接地；若采用外部電源供電時(shí)，VDD接工作電源 )；還有一個(gè)引腳是DQ(數(shù)據(jù)輸入／輸出引腳)。

1．3 硬件電路

1．3．1 寄生電源供電電路

1．3．2 外部電源供電電路

采用寄生電源供電時(shí)，VDD引腳必須接地，由I／O引腳為DS18B20提供電源電流。采用外部電源供電時(shí)，VDD接外部電源，為DS18B20提供電源電流。寄生電源有雙重優(yōu)點(diǎn)：a．利用此引腳，遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)無需本地電源；b．缺少正常電源條件下也可以讀ROM。但是這種供電方式無法保證在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間的供電，從而DS18B20無法進(jìn)行精確地溫度轉(zhuǎn)換。當(dāng)多個(gè)DS18B20掛在同一根I／O線上并同時(shí)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，這個(gè)問題變得更加明顯。所以本課題采用外部電源供電方式，以達(dá)到提高溫度轉(zhuǎn)換精確度的目的。

1．4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20內(nèi)部主要包括：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。如圖3所示：

1．4．1 64位光刻ROM

用于存儲(chǔ)64位序列號(hào)。該序列號(hào)是DS18B20的唯一編號(hào)，在出廠前被光刻在64位ROM中。DS18B20在與單片機(jī)通信時(shí)，用此序列號(hào)以區(qū)別其它傳感器。64位序列號(hào)可以看作是DS18B20的地址序列碼。

64位光刻ROM的位排列是：低8位是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)；接著的48位是該DS18B20的自身序列號(hào)；最后高8位是低56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，該8位又被單獨(dú)提出，稱為CRC發(fā)生器，主要是實(shí)現(xiàn)串行通信中的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，判斷接收的數(shù)據(jù)是否正確。64為序列號(hào)的作用，是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20。

1．4．2 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器

DS18B20的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL各由一個(gè)非易失性EEPROM字節(jié)構(gòu)成，如果沒有對(duì)DS18B20使用報(bào)警搜索指令，可以作為一般的EEPROM存儲(chǔ)器使用。利用每個(gè)DS18B20唯一的序列號(hào)可讀取同一根I／O線上的多個(gè)DS18B20的溫度數(shù)據(jù)，利用I／O端口號(hào)和已經(jīng)寫入層數(shù)信息的DS18B20的溫度報(bào)警觸發(fā)器(TH和TL)，可將每個(gè)DS18B20的溫度數(shù)據(jù)和其物理位置對(duì)應(yīng)起來。因此在DS18B20安裝之前，就需將DS18B20所在層的信息寫入到溫度報(bào)警觸發(fā)器(TH和TL)中。