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基于DS18B20分组的温度测试系统设计

LI Ping ,ZHOU Yucai,ZENG Xiangjun,YANG Tingfang

长沙科技大学，湖南 长沙 410077

摘要：所有用于多点测试温度的DS18B20传感器与IO总线之一的单片机相连，并轮流采集温度数据。如果系统有大量传感器，单片机处理温度数据的时间明显延长，交替测试周期变长。本文提出了DS18B20合理分组的一种新方法，并在软件上采取了一些措施，使交替测试的速度有了明显的提高。

关键词：DS18B20分组，温度测试，交替测试时间。

1. 介绍

DS18B20温度传感器具有结构简单、安装方便、损耗低、温度测试范围广等优点，被应用于需要进行多点温度测试的领域。 如化工、粮食、环境监管等。由于DS18B20多点温度测试系统采用一条总线，所有DS18B20都挂在一个总线上。 然后依次读取每个测试点的温度转换值。由于转换值必须在读取引脚状态后读取8次，并且必须移动位置和存储数据。 因此，每次读取数据系统的一个点花费大量时间。如果温度测试系统是大规模的，那么它造成的系统损失是相当大的，然后再进行交替测试，系统速度明显下降，严重影响了多点温度测试系统的效率。本文通过对DS18B20进行分组，将DS18B20挂在一些I/O总线上。 通过读取DS18B20的状态得到转换温度数据，使系统损耗减小，交替测试速度明显提高，不会影响系统的性能，精度和转换的可靠性。本文实现了一套人工环境实验室的多点温度测试，提高了原系统的测试效率。

1. DS18B20的特性

DS18B20是美国达拉斯公司的单总线数字温度传感器。DS18B20由激光刻录的64位只读存储器、温度敏感元件、非挥发性温度报警器触发装置(TH和TL)组成。DS18B20通过单总线端口与微处理器通信，测试范围为-55摄氏度至125摄氏度， 增量值为0.5摄氏度。温度可在720 ms内转换成图形，每个DS18B20有唯一的64位序列号。具体内容如图1所示：在DS18B20中有两个存储温度值的8位数字存储(0和1号)。零号储存是温度值的补充，1号存储是温度值的符号。用户可以定义非易失性温度报警器设置，区分告警搜索顺序，并在预定限值范围外查找组件温度告警状态。 DS18B2有两种供电方式：采用信号总线高电平借用电源，或直接采用5V外部电源。

图1 DS18B20 64位ROM

1. 分组测试方法的应用

本文阐述了以DS18B20和89C52为接口的分组方法。假设P1端口上的总线数量为4，温度测试系统需要100个DS18B20传感器，这些传感器可以均匀地分布到4条I/O线上。如果传感器的数量不能除以公交车的数量，那么公交车上传感器的数量差距就不超过一个，这可以在读取数字时处理。电源由外部供电。由于每个DS18B20都有同步转换，因此需要强电流，信号总线不能用于电源，否则系统就无法使用，他们就不能正常工作。电路原理图如图2所示(同一组的DS18B20信号总线挂在P1端口的一些总线上)。读取和写入 DS18B20时，必须遵守严格的时间表。首先，将反转脉冲发送到所有DS18B20。反转后，从I/O端口同时向每个电路发送跳过只读存储器的命令，并发送转换顺序，然后所有传感器开始转换。转换后，将匹配的只读存储器命令同时发送到每个电路，并发送64位序列号。为每组选择DS18B20，读取便笺式存储器数据。将串行读取的数据转换为实际的温度值.循环读取DS18B20温度数据25次后，完成一次交替测试。 整个流程图如图3所示。如此单总线测试系统的时间消耗和分组分析方法由图解。在图4-6中显示了微处理器的反转时间序列和写入和读取一位的时间序列。结果表明：DS18B20的回溯周期为495 us-1020 us；1位的写入周期为60 us-120 us；1位的读取周期在60 us以上；下一位的读写跨度为1us。由于A/D转换时间为97.35ms(9精度)，若以最短的方式计数，则交替测试的总时间分别计算如下：

1. 单总线

495us 2*(8*60 7)us 97.35ms 495us 100*(64*60 63 8*60 7 9*60 8)us=552.534ms

1. 分组模块

495us 2*(8*60 7)us 97.35ms 20(64*60 63 8*60 7 9*60 8)us=189.804ms

由于计数系统转换和存储时间在整个周期中所占的比例很小，未知的晶体振荡器频率，计数系统的转换和存储时间不计算在内。因此，分组模式所消耗的替代测试时间明显短于单总线模式。

图2 DS18B20分组示意图

图3 DS18B20分组采集温度图

图4 DS18B20初始化时序

图5 DS18B20写入时序图

图6 DS18B20读时序图

四．设计实例

沥青运输车是材料场与路面之间的主要运输设备。沥青运输车工作时间长、运输距离长，不可避免的温度下降影响路面的摊铺质量，影响路面的比路质量，所以必须根据壳体的热释放情况采取措施。本文设计了一套采用DS18B20分组模式测试系统对沥青运输车壳温度进行测试的无线温度测试系统，测试点为120。温度测试系统软件采用模块化设计。下位机采集数据，存储数据，设置DS18B20，发送无线模块等。上位机采用PC机，主要接收下位机的温度数据。上位机显示、存储和管理数据。人与机器之间的简单交流是由上位机完成的。本文将不详细地说明该机器的简单程序。下面是一些零件的说明，包括系统的硬件组成、软件功能和过程。

1. 系统硬件

考虑到临时存储器的多点温度数和数值转换过程中大量的内部随机存储器，主控制芯片采用atmel 89C52单片机。 具有256字节RAM和8KB E2PROM程序存储的计算机。在对DS18S20的识别码进行读取和编号的同时，增加了液晶模块(OCMJ金鹏公司的AuKela中文集成模块)和键盘模块。无线数字传输采用无线模块375作为整个接收发送形式，可以选择两个业余波段和调节波特率(最大为20 kbit/s)，可直接接收单片机串口数据。系统硬件结构如图7所示。

DS18B20采用电源，分为8组挂在P1端口(P1.0-P1.7)。无线模块直接挂在串口上，硬件看门采用MAX 813芯片。当电源加到系统中时，从MAX 813倒置引脚发送，反转信号，恢复脉冲的值为200 ms。当程序正常时，必须在不超过1.6秒的间隔内将脉冲信号发送到MAX813WDI引脚，以清除看门狗定时器。如果间隔大于1.6s，则引脚不能接收脉冲信号，则必须反转89C52。由于系统中必须存储120 DS18B20序列号，因此开发了针对电源故障的数据存储DS1225(8K)。

图7 系统硬件图形

1. 系统软件功能与过程

温度测试系统的软件部分编号为DS18B20，用来采集和转换数据，进行无线通信，管理键盘等。为了程序的方便，该模块主要包括键盘处理模块、无线通信模块、温度采集和处理模块、显示模块等。软件流程图如图8所示。

图8 上位机软件流程图

在加法电源倒转后，89C52自检，然后分配各分支程序模块。总程序管理键盘，初始化系统并传输各个功能模块。拖曳线保持执行DS18B20编辑任务。DS18B20的120点序列号由键盘读取，显示协调，编号为DS1225Y。首先，将无线模块设置为接收状态，接收采集参数并启动命令(发传输内容打包发送；相同的内容发送三次；三种逻辑中有两种是根据位执行的)。无线模块设置为转换过程中的睡眠状态和温度数据传输过程中的转换状态。包装发送温度数据和DS18B20数值系统中的RS到上位机。采集和转换部分启动DS18B20转换，通过分组方式读取温度数据，存储数据等。以下加工 URE是采集和转换模块的主要内容：

void Get_ Temperature(void)

{ uchar i,j , temp_ lsb, temp_ msb;

for(i=0;ilt;8;i )

{skip_rom(i);//skip over the serial numbers to check

write_bytes(0x44 );}

//transform the temperature in each circuit at the same time

for(j=0;jlt;100;j )

// prolong the time for 0.1s; wait for the end of conversion

{delay(1000);}

For(j=0;jlt;15;j )

{ match_ rom(j); read_ scratchpads (j); }

//each temperature value is read in 8 buses

for(j=0;jlt;120;j )

{temp_lsb = temp_pad[j][0] ;

//the data conversion of the temperature value

temp_msb = temp_pad[j][1] ;

temp_lsb gt;gt;= 4 ; temp_msb lt;lt;= 4 ;

temp_lsb |=temp_msb; temp_msb = (temp_lsb/10) ;

temp_msb lt;lt;=4 ; temp_lsb %= 10 ;

temp_lsb |=temp_msb; temperature_ vel[j] =

temp_lsb;}}

五．总结

作者创建以下新想法：

1. 分析了分组方法中多点温度测试系统与单总线方法的交替测试时间差，这样，分组法就可以大大提高交替测试速度。
2. 采用DS18B20分组方法设计了一套无线多点温度测试系统。该系统已应用于国内某大型工程机械公司沥青运输车的技术改造，取得了良好的应用效果。

六．参考文献

[1] ShenJin,SongJingLing. An All-digital Temperature Measuring System

Used in Grain Barns.Transaction of the chese society for Agricultural

Machinery,2001,(2):89̚91.

[2] LiMinHui, Jung Deqiong. A Device of Temperature Measuremen

Made up of DS1820 and AT89C205. Journal of Sichan Normal

University 1997,(5):93-96

[3] Qi ZhiCai Gai Shuang. Embedded Control System of the Central

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2002,(5):25-26.

[4] ZhangPeiren ZhouYanping. A Large-Scale Temperature Alarm

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2003,(2):25-26

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