2022年DSB在分布式测温系统中的应用 .pdf

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1、DS18B20在分布式测温系统中的应用张 粤1,倪 伟2(1淮阴工学院计算机工程系,江苏 淮安 223001;2 淮阴工学院电气工程系,江苏 淮安 223001)摘 要:以分布式测温系统为背景,介绍了新型数字式温度传感器DS18B20的测温原理以及在测温系统中的应用,并从应用的角度给出了DS18B20与单片机之间的单总线接口及数据交互的实现。关键词:测温系统;单总线接口;数据交互中图法分类号:TP212.6;文献标识码:A文章编号:1009-7961(2002)05-0057-03收稿日期:2002-03-07;修改日期:2002-09-12作者简介:张粤(1966-),女(汉),江苏淮安,淮

2、阴工学院讲师。1 引 言在分布式测温系统中,传统的测温方法是将模拟量信号远距离传送至采样卡进行A/D 转换,而为了获得较高的测温精度,就必须采取措施解决由长线传输、多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的 误 差 补 偿 问 题。单 线 数 字 式 温 度 传 感 器DS18B20的出现妥善解决了上述技术问题,此外,它可将温度信号直接转换成串行数字信号以供微处理器处理,并且在单总线接口上可 挂 接 多 个DS18B20芯片组成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。本文以分布式测温系统为背景,介绍DS18B20在分布式测温系统中的应用及微处理器接口驱动程序的实现。2 系统硬件结构考虑到 DS18B2

3、0独特的单总线接口、多点组网功能及很高的测温精度,根据实际的应用规模及系统需求的分析,分布式测温系统由一台工控机、89C51控制模块及若干温度传感器DS18B20组成。系统结构如图1 所示。图1系统硬件结构温度传感器DS18B20既可寄生供电也可外部电源供电,在寄生供电情况下,当单总线处于高电平时,DS18B20从总线上获取能量并储存在内部电容上;当总线处于低电平时,由电容中储存的能量维持 DS18B20的电源供应。在本次设计中,为了减少温度传感器的电源引线,我们采用寄生电源供电方式,同时,利用 89C51的 I/O 口(P1.0)和 MOSFET管组成总线上拉,从而保证在DS18B20有效时

4、钟周期内,能够提供足够的温度转换电流,使总线的有效传输距离延长至30m。上位机与下位机之间通过串行通讯口进行数据交互,上位机负责记录被测对象的实时温度及上下限报警,以便动态刷新上位机的流程界面。考虑到监控及事后故障分析的需要,系统还提供了实时温度曲线和历史温度曲线的显示、打印功能。下位机负责采集被测对象的温度,在上位机输入采样阶段,下位机负责将实时温度、报警等数据装配成数据帧发送给上位机。在本次设计中,为了减少单总线的开销,提高系统运行效率,我们采用同时启动、分时扫描的方式来获取各探点温度传感器的转换值。图2测温原理3测温原理DS18B20测温原理如图2 所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温

5、度影响很小,用来向计数器 1提供固定频率的脉冲信号。高温度系数晶振第11卷第5期2002年10月淮 阴 工 学 学 报Journal of Huaiyin Institute of TechnologyVol.11 No.5OCT.2002?1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -的振荡频率受温度影响较大,随温度的变化而明显改变,其产生的信号作为计数器2 的脉冲输入,用于控制闸门的关闭时间。初态时,计数器 1 和温度寄存器被预

6、置在与-55相对应的一个基值上。计数器1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,在计数器2控制的闸门时间到达之前,如果计数器1 的预置值减到 0,则温度寄存器的值将作加1 运算,与此同时,用于补偿和修正测温过程中非线性的斜率累加器将输出一个与温度变化相对应地计数值,作为计数器 1 的新预置值,计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环,直到计数器 2控制的闸门时间到达亦即计数到0 时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。在默认的配置中,DS18B20的测温分辨率为 0.0625,以 12 位有效数据表示,其中,高位的 S表示符号位,其数据

7、格式如图3 所示。图3数据格式4 数据交互的实现为了在 89C 51与 DS18 B20之间建立正确的数据通讯,89C 51单总线接口必须严格遵守DS18 B20的操作协议和操作时序。其中,操作协议按步骤分为 DS18 B20复位命令、ROM 功能命令、存储器操作命令、数据交互命令。相应的读写、复位操作时序如图 4所示。图4单总线接口读写操作时序4.1 设备序列号的扫描由于 DS18B20的单总线接口不具备编址寻址的能力,因此在分布式测温系统中我们利用设备序列号、配合 ROM功能命令Match ROM 来识别不同的温度传感器,以避免总线争用。在 89C51初始化模块中,我们按读位码、读位的补码

8、、写要查找的有效位码这个步骤对DS18B20单总线进行扫描,获取挂接在总线上的所有温度传感器的设备序列号。程序扫描工作过程为:89C51经 P1.1 发复位脉冲,在 480s 960s 的等待窗口消失之后,89C51采样 P1.1 数据口线,如果接收到DS18B20发出的复位响应脉冲即表明它已准备好。此时,由主机89C51向总线上挂接的所有设备发SearchROM命令并启动两次读Bit 过程(程序参见图 5),在 DS18B20成功接收到该ROM功能命令后即将各自设备序列号中的Bit0 位和 Bit0 位的补码发送到数据总线上,它们相与后的Bit0 位和 Bit0 位的补码随即由主机读入,根据

9、表一分析所得的结果,主机选择一有效位码传输给DS18B20并再次启动两次读 Bit 过程,与之相匹配的DS18B20设备随即将设备序列号中的Bit1 位和 Bit1 位的补码发送到数据总线上,相与后的 Bit1 位和 Bit1 位的补码由主机读入,重复上述分析过程以便读取后续的设备序列号,直到扫描到所有设备序列号为止。表一 Search ROM真值表位码补码位码推测值备注000或1在该位存在不同的取值010所有设备序列号在该位均为0101所在设备序列号在该位均为111无在总线上无设备挂接4.2 读过程当 89C51的 P1.1 数据口线从高电平跳变到低电平时即在总线上产生了一个读时间片,在 1

10、6 s的等待窗口消失之后,P1.1 数据口线释放即恢复高电平,此时,89C51采样 P1.1 数据口线,如果 P1.1 数据口线为高电平则为读“1”操作,否则为读“0”操作,所读位码存放在位累加器C 中。读 Bit 过程如图 5 所示(参考晶振 12MHz)。4.3 写过程当 89C51的 P1.1 数据口线从高电平跳变到低电平时即在总线上产生了一个写时间片,在 1560s的等待窗口消失之后,DS18B20采样 DQ 线,如果 DQ 线为高电平则为写“1”操作,否则为写“0”操作,输出位码存放在位累加器C 中。写 Bit 过程如图 6 所示。58淮阴工学院学报 第11卷?1995-2003 T

11、singhua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -图5读Bit过程 图6写Bit过程4.4 启动转换在复位完成后,由主机89C51发 Skip ROM 和C onvertT命令启动所有在线DS18B20 进行温度A/D转换,在采样周期中断时刻亦即A/D 转换完成后,由主机 89C51逐个发出载有DS18B20设备序列号的Match ROM 和 ReadS cratchpad命令,读出总线上与DS18B20 设备序列号相匹配设备的温度转换值。5结束语(1)新型

12、数字式温度传感器DS18B20,提供的单总线接口非常适合于单片机温度控制系统,利用单总线接口即可与DS18B20实现 50m以内的数据交互,组成多点采样分布式温度控制系统,并具有测温精度高、成本低、体积小等特点。(2)提出了单片机系统与DS18B20进行数据交互的程序框架和实现方法,它既利于系统维护,又利于系统推广,具有较好的应用价值。参考文献:1 Dallas Semiconductor.DS18B20 ProgrammableRes olu2tion 1-Wire DigitalThermometerJ.Dallas SemiconductorCor2poration,2002:1-26A

13、pplicationof DS18B20 to measurement temperaturesystemZHANG Yue1,NI Wei2(1.Departmentof C ompute Engineering,Huaiyin Instituteof Technology,HuaianJiangsu223001,China;2.Departmentof Electrical Engineering,Huaiyin Instituteof Technology,HuaianJiangsu223001,China)Abstract:This paperwhich is basedon the

14、measurement tem perature systemintroducesthe digital tem peraturesen 2s ors and the applicationof DS18B20to measurement temperaturesystem.From application viewpoint,this paperof 2fers the realizationof interactive databetween1-Wire port and89C51 microprocess or。Keywords:Measuretem perature system;1-

15、Wire port;Interactivedata(责任编辑:周广宏)(上接第48页)4 结束语并联机构位置正解十分困难,当已知杆长Li后,对于动平台位姿参数,包括动系坐标轴对定系的方向余弦及动系原点的坐标,共有 9 个参数,考虑各种约束条件后,只有 3 个独立的参数,可列出 3个非线性方程,利用 3 维搜索方法求数值解。方法简单、速度快洁、便于工程应用。参考文献1 梁崇高,荣辉.一种平台型机械手位移正解J.机械工程学报,1991,27(2):26-30。2 王旭永等.三自由度并联驱动平台机构的位置逆解及其分析.上海交通大学学报,1998(1):103。DeterminantMethodOf

16、TrigonomatryPlatformMechanismsZHENG Xiao-hu,KANG Zhi-jun(Huaiyin Institute of Technology,JiangsuHuaian,223001,China)Abstract:The characteristicsof DoubleTrigonomatryPlatformMechanismsareintroduced,discussits forwardpositionanalysisaswell as the movement.And give a exam ple of engineerapplication.Keywords:doubletrigonomatryplatform;forwardposition analysis(责任编辑:周广宏)第5期 DS18B20在分布式测温系统中的应用59?1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -