基于DS18B20分组方式测温系统设计

邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新传感器与仪器仪表《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注基于ＤＳ１８Ｂ２０分组方式测温系统设计ＡｄｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｅｓｔｉｎｇｂａｓｅｄＯｎｇｒｏｕｐｉｎｇＤＳ１８Ｂ２０（１．中南大学；２．长沙理工大学）周育才１，２刘少军１邓奕１刘忠伟１饶洪德２ＺＨＯＵＹＵＣＡＩＬＩＵＳＨＡＯＪＵＮＤＥＮＧＹＩＬＩＵＺＨＯＮＧＷＥＩＲＡＯＨＯＮＧＤＥ摘要：ＤＳ１８Ｂ２０用于多点测温时一般采用将多个ＤＳ１８Ｂ２０同时挂在微处理器的某根总线上，然后利用轮流读转换值的方式进行读温度数据，在测温点较多时，造成处理器系统开销明显增大，从而导致测温系统巡检周期明显增长，本文采用对ＤＳ１８Ｂ２０进行合理分组的方法，并结合软件上采取一定的措施，从而使巡检速度明显得到提高。

关键词：ＤＳ１８Ｂ２０分组；测温；巡检时间中图分类号：ＴＰ２０３文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎｕｓｅｄｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ，ＡＬＬｔｈｅＤＳ１８Ｂ２０ｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈＭＣＵｏｎｏｎｅｏｆＩＯｂｕｓ，ｔｈｅｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄａｔａａｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｂｙｔｕｒｎｓ，ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｗｈｅｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｖｅａｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｓｅｎｓｏｒｓ，ｔｈｅｔｉｍｅｏｆＭＣＵｕｓｅｄｉｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄａｔａｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｓｏｔｈｅｃｙｃｌｅｏｆｔｅｓｔｉｎｇｂｙｔｕｒｎｓｇｅｔｓｌｏｎｇｅｒ，Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｔｈａｔＤＳ１８Ｂ２０ａｒｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙｇｒｏｕｐｅｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｏｎｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｓｏｍｅｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｔａｋｅｎｉｎｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｒａｐｉｄｉｔｙｏｆｔｅｓｔｉｎｇｂｙｔｕｒｎｓａｄｖａｎｃｅｄｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙ．ＫＥＹＷＯＲＤ：ＤＳ１８Ｂ２０Ｇｒｏｕｐ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｅｓｔ，ｔｉｍｅｅｘｐｅｎｄｅｄｉｎｔｅｓｔｂｙｔｕｒｎｓ文章编号：１００８－０５７０（２００７）０１－１－０１６１－０３引言ＤＳ１８Ｂ２０测温传感器由于其结构简单、安装方便、功耗低、测温范围宽而被广泛的应用于化工、粮食、环境监测等需要实现多点测温的地方，一般基于ＤＳ１８Ｂ２０的多点测温系统采用单总线方式，将所有的ＤＳ１８Ｂ２０挂到单根总线上，然后轮流读取每一个测点的温度转换值，很显然由于读取单个传感器的转换数据须读８次管脚状态，然后还要进行移位并存取数据，所以每读一点的数据系统的开销时间并不小，如果测温系统规模较大，由此而造成的系统开销是相当大的，从而导致系统的巡检速度明显下降，极大的影响了多点测温系统检测效率。

本文通过采用对对ＤＳ１８Ｂ２０进行平均分组的方法将它们平均挂到多根Ｉ／Ｏ线上，通过同时读取它们的状态来获得转换的温度数据，能将系统开销明显降低，能明显提高巡检速度，而且并不影响转换精度及可靠性。

本文利用该方法实现了一套人工环境实验室的多点测温，大大的提高了原有系统的检测效率。

１ＤＳ１８Ｂ２０特性ＤＳ１８２０是美国Ｄａｌｌａｓ公司推出的单线数字式温度传感器，它由６４位激光刻蚀（ｌａｓｅｒｅｄ）ＲＯＭ、温度灵敏元件、非易失性温度告警触发器ＴＨ和ＴＬ器件三个部分组成，其与微处理器通信采用单线接口，ＤＳ１８２０的测量范围从－５５℃到＋１２５℃，增量值为０．５℃，可在７２０ｍｓ内把温度变换为数字，每一个ＤＳ１８２０具有唯一的６４位长的序列号，具体内容为上图１所示，ＤＳ１８２０内部有储存温度值的两个８位存储器ＲＡＭ，０号和１号，０号存储器存放温度值的补码，１号存储器存放温度值的符号。

用户可定义非易失性的温度告警设置，并可进行告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件温度告警情况，供电方式可以采取利用信号线高电平时窃电方式供电，或者直接采用外供＋５ｖ电源。

图１ＤＳ１８Ｂ２０６４ｂｉｔＲＯＭ２分组测试方法本文以ＤＳ１８Ｂ２０与８９Ｃ５２接口进行分组方法说明，假设８９Ｃ５２的Ｐ１口可用于扩展的总线根数为４，测温系统共需１００个ＤＳ１８Ｂ２０，可将１００个传感器平均分配，分别挂在４根Ｉ／０线上，若存在传感器数量不能被总线根数整除现象，则可使所有总线上所挂传感器个数差别不超过１，在进行读数时稍作处理就能解决，电源方式采用外部供电方式，由于各ＤＳ１８Ｂ２０转换方式是采用同时转换，所以需要电流较大，不能利用信号线供电，否则系统无法正常工作。

接线示意图如下图２所示（同组的ＤＳ１８Ｂ２０信号线都挂在Ｐ１口的某根总线上）。

ＤＳ１８Ｂ２０的读写控制须严格按照时序要求进行，其流程如下，首先给所有的ＤＳ１８Ｂ２０发送一个复位脉冲，复位结束后同时从各Ｉ／Ｏ口发送ＳｋｉｐＲＯＭ命令，接着发送转换命令，全部传感器开始转换，转换结束后向各路同时发送ＭａｔｃｈＲｏｍ命令，接着发送６４位序列号，各组分别选中一个ＤＳ１８Ｂ２０，然后读取ＳｃｒａｔｃｈＰａｄ数据，最后进行数据转换，将串行读入的数据转换实际的温度值，循环读取２５次将所有ＤＳ１８Ｂ２０温度数据完全读完，巡检一次的任务完成，流程具体如左图３所示。

下面进行单总线方式和分组方式测试（都采用同时转换方式）系统耗时分析，图４－６分别为ＤＳ１８Ｂ２０的复位时序、微处理器写一位和读一位的时序。

由图可知：复位时间为：４９５ｕｓ－１０２０ｕｓ周育才：讲师湖南省自科基金项目资助（项目编号：０５ＧＧ４００８７）１６１－－技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第１－１期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》传感器与仪器仪表写一位的时间：６０ｕｓ－１２０ｕｓ读一位的时间：６０ｕｓ以上读写相临一位时间间隔：１ｕｓ图２ＤＳ１８Ｂ２０分组示意图图３ＤＳ１８Ｂ２０分组方式温度采集流由于模数转换时间为９７．３５ｍｓ（９位精度），所以总的巡检时间若均按最短时间计算分别为：（１）单总线方式４９５ｕｓ＋２＊（８＊６０＋７）ｕｓ＋９７．３５ｍｓ＋４９５ｕｓ＋１００＊（６４＊６０＋６３＋８＊６０＋７＋９＊６０＋８）ｕｓ＝５５２．５３４ｍｓ（２）分组方式４９５ｕｓ＋２＊（８＊６０＋７）ｕｓ＋９７．３５ｍｓ＋２０（６４＊６０＋６３＋８＊６０＋７＋９＊６０＋８）ｕｓ＝１８９．８０４ｍｓ数制转换和存储时间因为占总的巡检时间比重很小、以及晶振频率无法确定，此处未做计算，由计算结果可知，采用分组方式巡检时间能得到明显降低。

图４ＤＳ１８Ｂ２０复位时序图５ＤＳ１８Ｂ２０写一位的时序３设计实例沥青转运车是用于料场与路面摊铺机之间的主要输送设备，由于沥青转运车在高寒地区作业或运送距离过长时不可避免的产生温降，从而影响到路面的铺装质量，所以必须根据壳体的散热情况实施具体的保温措施，本文利用ＤＳ１８Ｂ２０分组方式设计了一套用于沥青转运车壳体温度分布的无线测温系统，共计点数１２０点。

测温系统采用主从方式，下位机负责数据采集、暂存、ＤＳ１８Ｂ２０设置、无线数传等任务，上位机采用ＰＣ机，主要负责接收下位机发送过来的温度数据并进行显示、存取等数据管理工作以及简单的人机对话工作，由于上位机程序比较简单，在此不再赘述，本文主要介绍下位机部分，下面分别介绍其系统硬件组成及软件功能和流程。

图６ＤＳ１８Ｂ２０读一位的时序３．１系统硬件主控芯片考虑到需临时存储多点温度值，并进行数值转换所需内部ＲＡＭ较多，因此采用带２５６字节ＲＡＭ和８ＫＢＥ２ＰＲＯＭ程序存储器的ＡＴＭＥＬ公司８９Ｃ５２单片机。

考虑到须对ＤＳ１８ｓ２０进行识别码的读取并编号因此增添了液晶模块（ＯＣＭＪ金鹏公司奥可拉中文集成模块）和键盘模块，无线数传部分则选用收发一体式无线模块ＰＴＲ２０００，该模块可以有两个业余频段选择（４３３．９ＭＨｚ／４３４．３３ＭＨｚ），波特率可调（最高可达２０Ｋｂｉｔ／ｓ），可以直接接收单片机串口收据。

系统硬件结构具体如下图７所示，ＤＳ１８Ｂ２０采用电源供电方式，共分８组分别挂在Ｐ１口（Ｐ１．０－Ｐ１．７），无线模块则直接挂在串口上，硬件看门狗采用ＭＡＸ８１３芯片，当系统加电时，８９Ｃ５２的复位信号由ＭＡＸ８１３的复位管脚输出，复位脉冲的值为２００ｍｓ。

程序正常运行时，必须在小于１．６ｓ的时间间隔内向ＭＡＸ８１３的ＷＤＩ管脚发送一个脉冲信号，以清除芯片内部看门狗定时器。

若超过１．６ｓ该管脚都没收到脉冲信号，则使８９Ｃ５２复位，考虑到系统须存取１２０个ＤＳ１８Ｂ２０的序列号，所以扩展了一片８Ｋ带掉电保护功能的数据存取器ＤＳ１２２５。

图７系统硬件框图３．２系统软件功能和流程测温系统软件部分完成对ＤＳ１８Ｂ２０的编号、数据采集及转换、无线通讯及键盘管理等任务，为了调试程序方便，提高可靠性，采用了模块化设计，主要有键盘处理模块、无线通讯模块、温度采集和处理模块、显示模块等，软件流程具体如图８所示。

上电复位后，８９Ｃ５２首先自检，当自检结束后调用各子程序模块。

主程序负责键盘管理、系统初始化及各功能模块的调用。

系统中留有口线以实现ＤＳ１８Ｂ２０的编＝任务，利用键盘和显示配合１６２－－邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新传感器与仪器仪表《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注读取１２０点ＤＳ１８Ｂ２０的序列号，并编号存入ＤＳ１２２５Ｙ中，无线模块首先置为接收状态，接收采集参数和启动命令（发送内容采用打包方式传送，同一内容发送三次，按位进行三选二逻辑），在转换过程中无线模块置为休眠状态，在进行温度数据上传时将模块置为发送状态，打包将温度数据和ＤＳ１８Ｂ２０在系统中的编号传送给上位机。

采集与转换部分实现对ＤＳ１８Ｂ２０转换启动、分组方式读取温度数据和数制转换、数据存取等工作。

以下程序为采集与转换模块的主要内容：ｖｏｉｄＧｅｔ＿Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ｖｏｉｄ）｛ｕｃｈａｒｉ，ｊ，ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ，ｔｅｍｐ＿ｍｓｂ；ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜８；ｉ＋＋）｛ｓｋｉｐ＿ｒｏｍ（ｉ）；／／跳过序列号检验ｗｒｉｔｅ＿ｂｙｔｅｓ（０ｘ４４）；｝／／各路同时开始温度转换ｆｏｒ（ｊ＝０；ｊ＜１００；ｊ＋＋）／／延时０．１Ｓ，等待转换结束｛ｄｅｌａｙ（１０００）；｝Ｆｏｒ（ｊ＝０；ｊ＜１５；ｊ＋＋）｛ｍａｔｃｈ＿ｒｏｍ（ｊ）；ｒｅａｄ＿ｓｃｒａｔｃｈｐａｄｓ（ｊ）；｝／／八路总线中分别读一个温度值ｆｏｒ（ｊ＝０；ｊ＜１２０；ｊ＋＋）｛ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ＝ｔｅｍｐ＿ｐａｄ［ｊ］［０］；／／温度值的数据换算ｔｅｍｐ＿ｍｓｂ＝ｔｅｍｐ＿ｐａｄ［ｊ］［１］；ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ＞＞＝４；ｔｅｍｐ＿ｍｓｂ＜＜＝４；ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ｜＝ｔｅｍｐ＿ｍｓｂ；ｔｅｍｐ＿ｍｓｂ＝（ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ／１０）；ｔｅｍｐ＿ｍｓｂ＜＜＝４；ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ％＝１０；ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ｜＝ｔｅｍｐ＿ｍｓｂ；ｔｅｍｐｒａｔｕｒｅ＿ｖｅｌ［ｊ］＝ｔｅｍｐ＿ｌｓｂ；｝｝图８下位机软件流程４结语本文作者创新点：１）分析了分组方式和单总线方式下多点测温系统的巡检时间差别；并由此得到采用分组方式能大幅度的提高巡检速度的结论；２）利用ＤＳ１８Ｂ２０分组方式设计了一套无线多点测温系统，该系统已用于国内某大型工程机械公司的沥青转运车的技术改造中，使用效果良好。