基于DS18B20的溫度監(jiān)測報(bào)警與智能控制系統(tǒng)分析

摘要：本文分析了DS18B20性能特點(diǎn)，并且提出其溫度監(jiān)測報(bào)警與智能控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用，以期為相關(guān)人員提供參考性建議，優(yōu)化智能控制系統(tǒng)，增強(qiáng)溫度監(jiān)測報(bào)警的準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：DS18B20;ROM操作指令;系統(tǒng)硬件

引言：傳統(tǒng)的傳感器需要由計(jì)算機(jī)處理數(shù)字信號，通常采用A/D轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)、放大等操作，不但降低可靠性與穩(wěn)定性，而且具有復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，需要消耗較大的資源。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展背景下，溫度傳感器的技術(shù)應(yīng)用水平獲得明顯提高，美國某公司優(yōu)化了傳感器的應(yīng)用，提出DS18B20，其采用單總線數(shù)字式的方式，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

一、DS18B20性能特點(diǎn)

DS18B20具有較大的使用優(yōu)勢，可以結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換與溫度測量，同時(shí)，具有較遠(yuǎn)的傳輸距離，以及簡單的硬件電路結(jié)構(gòu)，即使多個(gè)點(diǎn)也可以進(jìn)行測量，而且與單片機(jī)連接具有便攜性。微處理器可以處理轉(zhuǎn)化后的溫度數(shù)字信號，其對電壓范圍并沒有過多限制，一般保持在3.0-5.5V，主要采用數(shù)據(jù)線供電的方式。由于DS18B20采用單總線接口，因此只需要一根線就可以完成雙向通信，與微處理器進(jìn)行緊密連接。DS18B20具有多點(diǎn)組網(wǎng)功能，在三線上可以進(jìn)行并聯(lián)，完成多點(diǎn)測溫。此外，DS18B20具有較大的測溫范圍，精度可以達(dá)到±0.5℃，使用范圍在-10℃-+85℃，具有9-12位的可編程分辨率，目前可以準(zhǔn)確辨別的溫度主要包括0.0625℃、0.125℃、0.25℃、0.5℃等，具有較高的精度，在溫度轉(zhuǎn)換過程中，若是分辨率是9位，則具有較快的顯示速度，只需要93.75ms即可完成轉(zhuǎn)換。當(dāng)極性反接電源時(shí)，由于DS18B20具有負(fù)壓特性，雖然不會燒毀芯片，但是卻無法正常工作[1]。

二、基于DS18B20溫度監(jiān)測報(bào)警與智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）ROM操作指令

在單總線上需要初始化操作，復(fù)位信號通過微處理器發(fā)出，傳送到DS18B20，之后在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)出芯片存在脈沖，意味著保持在線狀態(tài)，可以時(shí)刻接受指令。當(dāng)DS18B20信號傳送到微處理器后，將會發(fā)送4個(gè)ROM操作指令，而且都是8位。ROM操作指令主要包括以下幾點(diǎn)：第一，讀命令。微處理器具有較高的讀寫功能，其中包括8位CRC校驗(yàn)碼、48個(gè)產(chǎn)品序列號、8位產(chǎn)品代碼。特別注意的是，若是存在多個(gè)DS18B20在線時(shí)，容易引起數(shù)據(jù)沖突，因此最好采用單個(gè)在線方式。第二，選擇定位命令。當(dāng)多個(gè)在線時(shí)，微處理器將會發(fā)出內(nèi)部ROM序列號，將會響應(yīng)操作指令。第三，跳過ROM，當(dāng)采用單個(gè)在線時(shí)，可以直接操作寄存器，而跳過序列檢測。第四，查詢指令。在初建系統(tǒng)時(shí)，可以使用查詢指令查詢64位序列號和設(shè)備數(shù)量。在操作ROM指令時(shí)，工作人員需要掌握寫數(shù)據(jù)的過程，先設(shè)置數(shù)據(jù)線，延遲時(shí)間為15μs，低電平為0，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)按照從高到低的順序，而且每次只能發(fā)送一位。等到拖延45μs后，需要調(diào)整數(shù)據(jù)總線，將其拉到高電平1，然后重復(fù)以上操作，進(jìn)而發(fā)送整個(gè)字節(jié)。

（二）儲存器操作指令

通過DS18B20可以完成儲存器的操作，操作指令主要包括以下幾點(diǎn)：第一，寫入。在寄存器的第2-4字節(jié)中，可以寫入數(shù)據(jù)，寫完3個(gè)字節(jié)后才能發(fā)送復(fù)位信號。第二，讀出。可以讀出寄存器第1-9個(gè)字節(jié)。第三，復(fù)制。可以轉(zhuǎn)移寄存器中的字節(jié)，主要包括第2-4字節(jié)。第四，開始溫度轉(zhuǎn)換。當(dāng)接收到溫度轉(zhuǎn)換的指令時(shí)，需要確定延遲時(shí)間，在轉(zhuǎn)換溫度的過程中，當(dāng)DS18B20處于休息狀態(tài)時(shí)，則低電平為0，當(dāng)結(jié)束后，總線高電平為1。第五，讀電源標(biāo)志。當(dāng)發(fā)送該指令后，外接電源是1，而信號線供電為0。

（三）溫度轉(zhuǎn)換

當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換指令傳遞到DS18B20時(shí)，則可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，溫度值的表現(xiàn)形式是二進(jìn)制補(bǔ)碼。在讀數(shù)據(jù)的過程中，可以使用微處理器，按照從低到高的順序讀取，并且數(shù)據(jù)的格式有特殊規(guī)定，表示形式為0.0625℃/LSB。當(dāng)前5位符號位S=0時(shí)，表示溫度的數(shù)值為正值，可以直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變成十位制。若是出現(xiàn)S=1的情況，則表示溫度的數(shù)值為負(fù)值，需要采用取反加一的方式，將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)變?yōu)樵a，之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)換[2]。

三、基于DS18B20溫度監(jiān)測報(bào)警與智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DS18B20系統(tǒng)硬件主要包括以下部分，首先，報(bào)警電路單元，在架構(gòu)連接過程中，采用達(dá)林頓管作為驅(qū)動喇叭的方式，并且采用小晶體進(jìn)行連接，其數(shù)量為兩個(gè)，利用晶體管可以實(shí)現(xiàn)電路飽和的目標(biāo)。其次，鍵盤驅(qū)動線路與LED顯示，其顯示接口為I/O接口芯片，基本輸出方式為PA和PC口，基本輸入方式為PB口，采用共陽極動態(tài)作為LED的顯示方式。再次，溫度傳感器單元、DS18B20不用增加地址編碼，含有ROM序列號編碼，可以測量-55-+125℃，需要93.75ms就可以完成9位轉(zhuǎn)化，若是采用單總線的方式，不但可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而且可以進(jìn)行同時(shí)供電，不會產(chǎn)生過多消耗。最后，主控單元，其主要分為外圍電路與單片機(jī)，核心部件采用80C51微處理器，在設(shè)計(jì)振蕩電路時(shí)，頻率到達(dá)了6MHz的頻率，并且采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，采用上電復(fù)位形式，RESET端在電路充電時(shí)將會出現(xiàn)正脈沖，進(jìn)行復(fù)位。

結(jié)論：綜上所述，DS18B20系統(tǒng)具有智能控制與溫度監(jiān)控報(bào)警功能，可以對溫度進(jìn)行控制與監(jiān)測，被廣泛應(yīng)用在倉庫管理與工業(yè)控制等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)掌握系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，加強(qiáng)DS18B20的應(yīng)用，充分發(fā)揮其測溫準(zhǔn)確、使用靈活、成本低廉的優(yōu)勢，從而促進(jìn)工業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳坤，何英昊.基于DS18B20的簡易溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].電子制作，2019，000（001）：83-84，61.

[2]向繼文，劉昕，陳善榮.基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)與仿真[J].電腦與信息技術(shù)，2019，027（001）：47-50.

作者簡介：王俊亞（1990.04--）女，漢族，湖北十堰人，碩士研究生，研究方向：電子技術(shù)。