一種基于DS18B20的溫度采集新方案

摘要：目前DS18B20數據的采集方法，存在不能自動更新DS18B20序列號和定位DS18B20的不足，因此不能及時進行 DS18B20的更換。本課題利用單片機I／O端口號和DS18B20的溫度報警觸發器(TH和TL)，作為在外部存儲器中的存儲地址和DS18B20的物理地址，實現了DS18B20和ROM序列號的自動更新，和溫度數據的準確定位。并給出了軟、硬件設計。

關鍵詞：DS18B20 AVR單片機；單總線

0 引言

溫度監控系統在工業、農業和醫療領域擁有很大的應用價值和前景。隨著計算機技術、測量技術和無線通信技術的發展，傳統的人工監控由于存在很多缺點，正在逐漸被電子監控所代替?，F有的一根I／O線上連接多個DS18B20的數據采集方法，在DS18B20接入系統之前，需要采用人工方式將DS18B20的64位ROM序列號逐一讀出，并在單片機程序中或外部存儲器中進行存儲。這種方法給DS18B20物理位置的確定帶來了困難，特別是當更換出現故障的DS18B20時，這個問題變得尤為突出。

因此，本課題通過采用軟件編程與硬件設計相結合的方式，解決了在AVR單片機與DS18B20結合的測溫系統中數字傳感器的更換問題。在本課題提出的解決方案中，數據采集模塊采用低功耗AVR單片機-Atmega16、單總線數字溫度傳感器DS18B20以及外部存儲器-低能耗串行EEP-ROM。系統根據DS18B20數量的多少，可以選擇基于MAX485的有線組網，也可以選擇基于nRF905或ZigBee的分布式無線組網。

1 DS18B20簡介

1．1 概述

DS18B20是由美國DALLAS(達拉斯)公司生產的高性能單線數字式溫度傳感器。該傳感器提供9到12位溫度讀數；可實現-55℃到+125℃范圍內的溫度測量，增量值為0．5℃。現場測量的溫度值通過單總線接口傳給微處理器，多個DS18B20可以存在于同一條單線總線上。因此，在實際應用中可以在多個不同的地方放置DS18B20，并將這些傳感器接在同一條單線總線上，由一個單片機進行控制。對DS18B20數字傳感器供電有兩種方式：一是寄生電源供電；二是外部電源供電。每個DS18B20在出廠時都有一個唯一的64位編號，存放在內部ROM中。

1．2 引腳說明

DS18B20只有三個引腳：一個是GDN(電源地)；一個是VDD(當采用寄生電源供電時，VDD接地；若采用外部電源供電時，VDD接工作電源 )；還有一個引腳是DQ(數據輸入／輸出引腳)。

1．3 硬件電路

1．3．1 寄生電源供電電路

1．3．2 外部電源供電電路

采用寄生電源供電時，VDD引腳必須接地，由I／O引腳為DS18B20提供電源電流。采用外部電源供電時，VDD接外部電源，為DS18B20提供電源電流。寄生電源有雙重優點：a．利用此引腳，遠程溫度檢測無需本地電源；b．缺少正常電源條件下也可以讀ROM。但是這種供電方式無法保證在數據轉換期間的供電，從而DS18B20無法進行精確地溫度轉換。當多個DS18B20掛在同一根I／O線上并同時進行溫度轉換時，這個問題變得更加明顯。所以本課題采用外部電源供電方式，以達到提高溫度轉換精確度的目的。

1．4 內部結構

DS18B20內部主要包括：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。如圖3所示：

1．4．1 64位光刻ROM

用于存儲64位序列號。該序列號是DS18B20的唯一編號，在出廠前被光刻在64位ROM中。DS18B20在與單片機通信時，用此序列號以區別其它傳感器。64位序列號可以看作是DS18B20的地址序列碼。

64位光刻ROM的位排列是：低8位是產品類型標號；接著的48位是該DS18B20的自身序列號；最后高8位是低56位的循環冗余校驗碼，該8位又被單獨提出，稱為CRC發生器，主要是實現串行通信中的數據校驗，判斷接收的數據是否正確。64為序列號的作用，是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20。

1．4．2 非易失性溫度報警觸發器

DS18B20的溫度報警觸發器TH和TL各由一個非易失性EEPROM字節構成，如果沒有對DS18B20使用報警搜索指令，可以作為一般的EEPROM存儲器使用。利用每個DS18B20唯一的序列號可讀取同一根I／O線上的多個DS18B20的溫度數據，利用I／O端口號和已經寫入層數信息的DS18B20的溫度報警觸發器(TH和TL)，可將每個DS18B20的溫度數據和其物理位置對應起來。因此在DS18B20安裝之前，就需將DS18B20所在層的信息寫入到溫度報警觸發器(TH和TL)中。