一種基于ds18b20傳感器溫度信號采集的實現

萬志強 張晴晴 王晨 黃金霖

摘 要：溫度是環境參數的一個重要參考值，在許多的儲存條件下，都要對環境的溫度進行實時監控，本文介紹了一種基于ds18b20傳感器溫度信號采集的實現，分析了基于該型號傳感器溫度信號采集的軟件程序的設計、硬件電路的搭建，最后實現了在糧食的儲存過程中對溫度信號的檢測。

關鍵詞：溫度；傳感器；ds18b20；信號采集

中圖分類號：TH83文獻標識碼：A

對溫度進行檢測是倉庫儲存過程中的一個重要依據，本文主要介紹溫度信號的采集實現的硬件電路，以及溫度信號采集所采用的溫度傳感器。本問著重就溫度信號的采集和硬件電路給予闡述。

1 溫度信號采集

在糧食儲存過程中，溫度是重要的參考量，對溫度的處理也就顯得尤為必要。在溫度檢測上，現在主要是采用溫度傳感器來進行溫度信號的采集，因此對溫度傳感器的選擇，就顯得尤為重要，好的溫度傳感器可以實現溫度信號的精確采集、信號損失少、抗干擾能力強。[1]

1.1 傳感器的選擇

溫度傳感器是采集溫度信號的重要裝置。常見的溫度傳感器有熱敏電阻型，熱電偶型及數字式集成溫度傳感器等。本文中選用的溫度傳感器是美國Dallas公司的DS18B20數字式溫度傳感器。[2]

DS18B20溫度傳感器的特點是：

（1）供電電壓的適應范圍寬。（2）采用單線接口。（3）多個DS18B20溫度傳感器可以實現多點組網測量溫度。（4）使用方便，DS18B20把傳感器和轉換電路都封裝一起。（5）測量精度高。（6）抗干擾能力強。（7）有自我保護功能。

1.2 DS18B20數字溫度傳感器的工作方式

DS18B20數字溫度傳感器是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，[8]這種類型的傳感器一個顯而易見的好處就是溫度測量系統中抗干擾能力強。采用該溫度傳感器來采集溫度信號的優點是：結構簡單可靠、獲取的信號精度高、資源占用少和搭建硬件架構上便于實現，以下是幾種該信號溫度傳感器硬件上的電路原理圖。

1.2.1寄生電源供電方式

DS18B20溫度傳感器在寄生電源供電方式下的電路圖如圖1所示，溫度傳感器在此種供電方式下工作，用于采集信號的供電從引腳2引入、即信號端口上。借助于DS18B20溫度傳感器的內部集成電容，端口2處于高電平時，能量儲存，端口2處于低電平時，傳感器的內部集成電容提供電能。采用此種供電方式時，若要測量結果保持一個高的精度，在輸入/輸出端口必須提供要求的電能。[3]DS18B20溫度傳感器采用該種供電方式下工作的優點是：（1）當要實現遠距離溫度測量而又不便提供本地電源的情況下可以不需提供；（2）資源占用少，只需占用一條端口；（3）讀取ROM數據的數據可以補借助于常規電源。

1.2.2寄生電源強上拉供電方式

圖2所示的是DS18B20溫度傳感器供電方式為寄生電源強上拉供電方式下的電路圖，實際上，采用寄生電源供電方式采取溫度信號還是有一些弊端，要改變這種弊端，一個方法是采用強上拉供電方式。采取寄生電源強上拉供電方式優點是，相較于傳感器在寄生電源供電方式下供電有時的不充足，在強上拉供電方式下傳感器可以獲得充足的電量保證。缺點是較寄生電源供電方式相比，資源占用相對較高，需要占用二條數據端口。

1.2.3外部電源供電方式

DS18B20溫度傳感器供電方式應用最多的是外部電源供電，電路圖如圖3所示，傳感器應用這種供電方式的優點是，傳感器運行穩定、測量結果可靠、抗干擾能力強，硬件電路上實現也較為簡單。[5]采用這種供電方式特別值得注意的是，傳感器的GND接地端不能為空，如果為空，測量的結果值一直是85℃。

2 溫度測量程序設計

DS18B20數字式溫度傳感器一般要和一個微處理器聯系，微處理器起控制作用，依據傳感器的通訊協議，對溫度傳感器起控制作用的的微處理器完成溫度信號采集和轉換需要經過三個步驟：第一，每次在對傳感器讀寫之前，都要先對溫度傳感器進行復位操作；第二，在第一步操作成功后，發出ROM指令；第三，在復位和ROM指令發出后，最后發送RAM指令。在完成上述的三個步驟后，最后對溫度傳感器進行預定的操作[6][7]，DS18B20溫度傳感器采集溫度信號的程序流程圖如下圖4所示：

參考文獻：

[1]楊榮輝.電容式糧食水分儀的研究.沈陽：沈陽工業大學，2003.

[2]張永林，張連全.劉文生.糧食水分在線測量評述.武漢工業學院學報，2003.

[3]胡俊剛.現代核磁共振技術在食品科學中的應用[J].食品研究與開發，2000，21（1）：11-15.

[4]王素紅，張曉旭.基于CSY熱敏式溫度傳感器實驗方法改進.大學物理實驗，2011.

[5]沈曉玲.NTC熱敏電阻的研究.龍巖：龍巖學院學報，2006.06.

[6]徐亦朱.DS18B20可編程分辨率的單總線數字溫度計[J].馬鞍山：安徽工業大學，2007.

[7]王冬，來羽，王會良.Protel DXP 2004 應用100例[M].電子工業出版社，2011.01.

[8]劉建國.谷物干燥機微機自動監控系統的研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2002.12.

作者簡介：萬志強（1985-），男，漢族，碩士，安徽機電職業技術學院數控工程系，助教，研究方向：數字化設計與制造、數控技術；張晴晴（1984-），女，漢族，安徽機電職業技術學院電氣工程系，講師，研究方向：電機控制、電子技術。