基于DS18B20的MOA溫度遠程監控系統設計

金屬氧化物避雷器（MOA） 是防止供電系統和用電設備免受雷電危害的主要設施， 一旦出現故障， 不但失去應有的防雷作用， 且可能帶來供電事故。因而為確保MOA正常發揮作用， 需要在線監測MOA的運行狀態。以MOA閥片溫度作為故障特征量， 設計了基于DS18B20和AT89S52單片機的實時溫度監測系統。研究表明， 該系統結構合理， 方法正確， 可滿足應用需求， 大幅度減少了MOA維護成本。

避雷器監測中， 幾乎所有需要測量的變量， 包括在正常電壓及過電壓下的能量吸收， 及由于老化和受潮產生的功耗， 都會影響MOA 閥片的溫度。溫度不僅是其實際工作狀況的間接檢測， 而且是避雷器本身的精確運行參數。MOA 的溫度是各種影響參數共同作用的結果， 避雷器的能量吸收能力是由溫度確定的。正常運行條件下， MOA吸收能量損耗， 溫度變化很小， 出現過電壓時， 溫度可能暫時會有所上升， 但會慢慢恢復。在MOA 老化或受潮時， 溫度會逐步上升，溫度不僅是其實際工作狀況的間接反映， 而且是各種影響參數共同作用的結果。在持續運行電壓下MOA過熱直接與能量損失相關， 而與運行電壓的質量及外界干擾等無直接關系。因此， MOA 閥片的溫度是判別其是否工作在（熱）穩定狀態的重要特征量。有限元法對MOA的熱特性分析表明， MOA的接地端溫度能反映MOA閥片的熱量分布狀態， 只要獲得MOA 的接地端溫度， 就可以判斷MOA 的當前工作狀態。

論文設計的MOA溫度在線監測系統， 以DS18B20為溫度傳感器， AT89S52單片機為控制單元， 同時通過RS- 485總線與PC 機進行通信， 具有遠程溫度監測能力和遠程報警能力。

1 DS18B20簡介

1. 1 DS18B20

系統采用DALLAS半導體公司生產的單線數字式溫度傳感器DS18B20 監測MOA 接地端溫度。

DS18B20 通過對其內部溫度系統振蕩器輸出的脈沖信號計數來測量溫度， 并在芯片內部把溫度信號轉換成串行數字信號供微處理器處理， 它具有體積小、抗干擾能力強、使用簡單等特點。芯片的測溫范圍為- 50 ~ 125 , 可精確到01625 ; 其工作電源既可以遠端引入， 也可以以寄生方式產生； 每個芯片都有自己單獨的識別編碼， 因而在一條總線上可掛接多個DS18B20 芯片； 由于它占用微處理器的端口少， 可節省大量的引線和邏輯電路， 適合于遠距離多點溫度檢測。

在進行多點測溫時， 由于傳感器與數據采集系統有一定的距離， 電磁干擾、信號衰減等問題會造成數據傳輸錯誤。DS18B20 內部提供CRC 冗余校驗碼，傳輸過程中系統具有一定的容錯能力， 在糾錯范圍內， 就可以對錯誤的數據進行糾正， 提高抗干擾能力和加大傳輸距離； 當錯誤超出糾錯范圍時， 也可以識別出錯誤的數據進行重新采集， 從而提高采集數據的可信度。DSl8B20的內部結構圖如圖1所示。

圖1 DS l8B20內部結構圖

1. 2 單線（ 1-W ire）技術

單總線（ 1-Wire）技術是近年來由美國Da llas半導體公司研發的一種總線技術。與SPI、I2C 等多種標準串行數據通信方式不同， 它采用單根信號線傳輸時鐘和數據， 以其具有的節約I/O 資源、結構簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等優點越來越多的被廣泛應用于民用電器、工業控制領域。

單總線適用于單個主機（Master）控制一個或多個從機（ Slave）設備的系統。當只有一個從機設備時， 系統可按單節點系統操作， 當有多個從機設備時， 系統可按多節點系統操作。與其它如并行、串行及專用總線相比， 單總線突出的特點是主機控制器件的地址線、數據線和控制線合成為一條信號線與從機設備進行雙向的數據交換。所以在有多路多個測控對象時， 系統的布線簡單、方便。但是較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件設計進行補償。

經過單線接口訪問單總線器件有嚴格的單總線命令序列如下：

每次訪問單總線器件， 都必須嚴格遵守這個命令序列。如果出現序列混亂， 則單總線器件不會響應主機。