第一篇 基于DS18B20的多点温度测量系统

摘要 本文设计了一种适用于热包的温度测量系统。介绍了管理软件的总体设计思路和VC 6.0上位机程序。该系统包括一组的单总线数字温度传感器DS18B20集成，用于多点测试并给出了系统的硬件结构和软件流程图。对几个关键技术问题进行了总结。并在软编程中采取了一些措施来补偿测量温度的误差。结果表明：由上位机管理软件给出的测试报告能够反映产品的温度特性，满足常规测试的要求。该系统提供了一个友好的人机界面，具有硬件结构简单、可靠性高、易于维护等特点。在现场试验中，安全、稳定、易于扩展，具有良好的应用价值。

关键词-温度测量；温度传感器；误差补偿；DS18B20；VC 6

I. 介绍

热敷是一种基于热疗应用于局部热敷的保健品。温度是其重要的技术指标。因此，有必要对热包的温度特性进行检测，以保证其质量。传统的测温系统通常使用热敏电阻作为温度元件[ 1 ]。例如，PT100铂电阻温度计（IEC标准）通常是作为敏感元件进行接触式温度测量。但其后续的信号处理电路复杂，难以进行多点温度测试。此外，在传感器数量的增加使得转换和补偿电路的数量增加，导致体系成本的上升，在系统维护困难等问题，本文设计了一种基于DS18B20新的分组方式，能够更高精度、更高的效率和更低的成本应用温度测量系统，使系统易于扩展维护[ 2 ]。

II. 系统硬件的总体设计

被测试的对象是各种热包。无腐蚀性，适用于接触温度测量，不支持测量热辐射。在实践中，它表明热包用在环境温度（约20℃）至80℃，属于中低温度范围。设计要求的测量精度至少为1，系统温度采集间隔不得超过1分钟。DS1820是一个单线数字温度计，温度范围从- 55℃至 125℃，增量为0.5℃[ 3 ]。它适用于采用DS18B20作为温度传感器所设计的系统。结果表明，采用DS18B20的分布式温度测量系统优点如下：硬件结构简单，可靠性高，稳定性好，抗干扰性强，传输距离长，安装方便、可扩展性和可维护性较好[ 4 ]。

该系统的硬件包括传感器DS18B20，LTM8301测量模块，LTM8128 ITUBusamp;1wireBus集中器，LTM8520 RS232／RS485隔离转换等。它可以构成RS485网络。在上位机中，采用了以计算机为主机的软件管理系统，实现了软件管理系统的具体方案。图1是多点温度测量系统的框图。

根据传感器DS18B20，系统采用严格的单总线协议以确保信号传输中的数据的完整性。和传感器DS18B20不应超过8分支母线。因此，在分布式布线系统中，采用ITUBusamp;1-wireBus集线器LTM8128的解决方案以满足现场要求。他使用于系统所采用测量温度和湿度的LTM8301是具有RS485标准和1-Wire协议兼容的公用1〜128点的远程模块。在每个模块的通道中，可附加信号点的数量不超过64。在考虑到系统中可扩展性的要求，它的设计是每4个测试模块LTM8128占用一个通道。

用VC 6.0实现管理软件设计的人机界面系统，既直观又方便的实现上位机的控制。通过光电隔离RS232 / 485转换模块LTM8520，RS485网络的信号通过上位机程序实现与DB-9的串口通讯[5]。在单文档多视图的基础上，进行了信号的显示、记录、处理和分析 [6]。

测试模块通过DC24V FDPS-36A和DC12V DM10M-12串行供电。采用四芯屏蔽双绞线作为网络介质，采用模块和传感器进行通信，考虑到屏蔽性能和其它因素的影响应选择较小的线对线电容。

III. 系统软件的实现

1. DS18B20的编程方法

DS18B20采用独特的1-Wire通信协议，以确保数据的完整性。因此，对其时隙的要求是非常严格的，以便通过一个信号传输所有的命令和数据[ 7 ]。图2是DS18B20的时序图。

该协议定义了几个信号类型：复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0和读1，总线主机会发出除了存在脉冲以外的其他所有信号。DS18B20的所有通信都开始于从DS18B20的存在脉冲至复位脉冲的一个初始化序列。在写时隙时，总线主机将数据写入DS18B20，在读时隙时，从DS18B20中读取时隙。每个时隙在单总线上传输一个数据位。主机拉低总线时启动读写时隙。

DSl8820的信号是TTL电平，可以直接连接到微处理器的I / O引脚，如模块ltm8301。传感器作为下位机，去等待并接收通过主机在任何时间里引入的信号。

LTM8301是LTM-8000系列模块，采用RS485通讯标准，并不断地自动检查轮流温度，是由主机命令为主的响应模式之一。LTM8301能够自动识别传感器的代码。通过使用LTM-8000测试软件，在同一个通道的传感器可自由设定代码，程序由升序排列以及保持原来的位置自动排列。图3是设置DS18B20代码的流程图。

它的特点是避免了多个设备在同一时间发送数据而产生的竞争，克服了单线装置乱序的固有缺点，系统维护简单，现场操作方便。

B. 人机界面的设计

考虑到系统的设计应充分发挥基于通用主机的OOPL和Windows平台的资源优势的条件，以及结合要求的性能指标，采用VC 6.0通过人机交互界面实现对软件的管理。

基于接口的平台，该系统具有许多功能，如人员的检测，传感器的校准，温度数据放入测量和显示等。图4是温度测试的流程图。

后台数据库是该系统的基础和核心，它用于记录和存储系统测试数据和其他信息的输入。系统选用Access作为数据库，ODBC作为数据库接口，很容易移植到不同的数据库并且更容易升级。

IV. 系统误差补偿

1. 系统误差分析

我们使用的温度传感器ct-1310符合产品质量检验要求，用标准表法校准传感器DS18B20。研究发现，DS18B20和CT-1310之间的测量温度的差为-0.6℃到 0.3℃。在传统的设计系统中，我们进一步测量了其他的动态温度测试点。结果表明，其测量精度可以在相同的程度认为系统误差对产品的温度测量的影响更大，而不是传感器。

考虑到单个传感器在单独校准过程中的繁琐和不便，本文采用软件补偿的方法进行了系统的设计。在主计算机程序设计的最终数据处理过程中，所有的累积误差得到补偿。

由于温度测量元件的系统始终是在恒温箱中，传感器既受到恒温箱中设定温度和被测物体的温度变化影响，也与传感器的误差、测量模块的误差等因素的影响有关，综合之后检测系统的温度测量值与用户的期望值有较大误差，这可能会影响产品质量的判断。因此，系统误差的补偿是必需的。

B. 误差补偿

理想的误差补偿是用逐点标定法进行的。而另一种简单方法是我们先校准有限的点，并进一步相对于不同温度下的校准点制定相应的补偿[ 9 ]。本文采用回归分析的最小二乘法补偿基于推定曲线结合插值法温度测量的误差。图5是误差补偿流程图。

V. 结论

本文设计了一种基于DS18B20的新型的应用于热包的多点温度测量系统，通过上位机管理软件给出的测试报告可以反映被测产品的温度特性，作为产品质量的判断依据。图6是测试样品（顶部）和通用产品未完成误差补偿（中）和已完成（底部）的温度特性曲线的图。比较结果，我们可以得出结论，所设计的系统满足热敷常规测试的要求。

在温度测量的实际应用中，结果表明，该系统为用户提供了友好的人机界面，具有简单的硬件结构，操作方便，稳定性高，并有安全性和可靠性，易扩展性和维护性等特点，该系统具有较好的应用价值。

第二篇 在单总线温度监测系统的研究

摘要 基于单总线技术，单总线温度监测网络是通过计算机的串行通信接口设计、协议转换芯片ds2480和单总线数字温度传感器DS18B20来监测的。对其结构、特性、ROM命令，DS18B20功能命令和温湿度的工作原理进行了分析。因此，设置了单总线和串口之间的接口电路，同时，单总线温度监测网络的操作界面采用了由达拉斯公司以Delphi为开发工具的DLL和API函数设计的TMEX SKD。最后，提出了存在的问题和改进方法。

关键词：单总线; DS18B20; DS2480B; TMEX SKD;温度监控;微型局域网。

1 介绍

可行温度是人类和所有动植物最基本的参数。温度监测与控制在现代生活中有着重要的意义。不幸的是，在目前的生活中通常使用的温度监测系统有2种缺点。一是需要大量的导线将传感器信号传输到数据采集卡上，并实现信号线的连接是很麻烦的。而且，成本也很高。另一缺点是信号传输的信号是模拟信号，将有大量的噪音和损失。为了克服这些缺点，一种数字化单总线技术应运而生。

数字1-Wire总线技术通过采用DALLAS Company.According的新设备来实现的，地址线，数据线和控制线中使用的同一线上。数以百计的控制和监控的对象可以通过使用1-Wire总线技术连接到这条线。多点通信1-Wire总线测量系统将构造得非常好。控制对象使用的所有芯片都是由DALLAS公司提供。模拟信号可以在检查位置通过1-Wire总线协议进行数字化，并在1-Wire总线传输。因此，数字信号将在1-Wire总线传送。

本文介绍了基于单总线技术及其装置的单总线温度测量系统。单总线监测系统通过串行通信端口连接到电脑。它具有硬件性能高、性价比高、施工方便、抗干扰性能好、软件开发简单等特点。它适用于在开放的国家的野外监测，智能大厦和安全警报等[1]。

2 硬件设计

2.1 1-Wire总线温度监测微型局域网结构

现场监控网络可以通过采用DALLAS公司的1-Wire总线技术来进行构建。这种网络通常被称为微型局域网。它传送的数据，地址信号和控制信号通过一条线，并通过另一条线路提供电源至总线上的设备。这是与流行的计算机局域网本质上的不同。在局域网中的计算机或外设有自己的权力，在唯一的网络线路传输数据信息。但是，两条线路中微型局域网不仅传输数据，而且还应当从主机连接到微型局域网之间的设备提供电源。

这种微型局域网是一种主从网络，它采用PC或单片机作为其网络服务器和主设备。在微型局域网中所有其他设备作为从设备，它们由主设备成功地实现主设备和从设备之间的通信，网络的尺寸可以是大或小，器件数量可能会有不同的规模，从几个到几千，在理论上几乎没有限制。微型局域网的结构简单，它可以通过一对双绞线的构成。从设备并不需要具备电源，因此，这种微型局域网可迅速构造，并且成本低，适合于实际应用。图1所示为1-Wire总线、温度传感器DS18B20和DS2480B构建的温度监测网络作为计算机的串行通信端口和1-Wire总线之间的协议转换。

2.2 单总线温度传感器DS18B20[2，4]

2.2.1 DS18B20的工作原理

DS18B20由五个主要部分组成：64位ROM，暂存存储器，温度传感器，字节的上下限报警触发寄存器和配置寄存器。 64位ROM存储设备的唯一序列码。暂存存储器是存储来自温度传感器的数字输出的2个字节的温度寄存器。此外，该暂存器提供1个字节的上和下报警触发寄存器（TH和TL），以及1个字节的配置寄存器。配置寄存器允许用户的温度 - 数字转换分辨率设定为9，10，11，或12位。TH，TL和配置寄存器具有非易失性（EEPROM），因此当装置断电时它们会保留数据。

DS18B20通过使用DALLAS的单总线协议来完成使用一个控制信号实现总线通信。控制线需要一个弱上拉电阻，因为所有的设备都连接到总线通过三态或开漏端口（在DS18B20的DQ引脚）。在这个总线系统中，微处理器（主设备）通过每个设备的独特的64位代码识别和处理总线上的设备。因为每个设备都有一个独特的代码，所以在一个总线上可以解决的设备的数量几乎是无限的。

DS18B20的另一个特点是不需要外接电源就可以操作的能力。当总线是高时，电力是通过单总线上拉电阻再通过DQ引脚提供的。高总线信号也控制着内部电容（CPP），当总线为低时，会给设备供电。作为一种替代方法，DS18B20也可以通过外部电源获得供电电压。

2.2.2 DS18B20的工作流程

访问DS18B20步骤如下：步骤1，初始化，步骤2，ROM命令，步骤3，DS18B20功能命令。

在单总线上的所有处理从初始化序列开始。初始化序列是由总线主机发送的一个复位脉冲，然后由从机发送存在脉冲（s）而组成的。脉冲让总线主机知道从设备（如DS18B20）在总线上，并准备工作。

总线主机检测到一个脉冲之后，就可以发出一个ROM命令。这些命令作用于每个具有唯一的64位ROM代码的从设备，如果很多从设备存在于1-Wire总线上，那么允许主机挑出一个特定的设备。这些命令还允许主机确定出现在总线上的设备的数量和种类以及出现警报状态的任何设备。它有五个ROM命令，每个命令是8位。这些命令是搜索ROM [F0H]读取ROM [33H]匹配ROM [55H]，跳过ROM [CCH]和报警搜索[ECH]。发出DS18B20功能命令之前，主设备必须发出相应的ROM命令。

总线主机使用ROM命令后，与DS18B20进行通信，主机可以发出DS18B20功能命令之一。这些命令允许主机写入和从DS18B20的暂存器读取，启动温度转换，并确定供电方式。 DS18B20的功能命令温度转换[44H]，向RAM中写数据[4EH]，从RAM中读数据[BEH]，将RAM数据复制到EEPROM

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