基于AVR單片機(jī)和DS18B20的多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)

1DS18B20和BASCOM-AVR簡介

　　DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，從DS18B20讀出或?qū)懭氲男畔H需要一根口線。在單總線工作方式下，允許一條信號(hào)線上掛接多個(gè)DS18B20，特別適合于構(gòu)成遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，從而大大簡化了系統(tǒng)布線，提高了可靠性，降低了成本，而實(shí)現(xiàn)這些的關(guān)鍵在于每片DS18B20都有唯一的ROM代碼(64位產(chǎn)品序列號(hào))。在多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)中，ROM代碼是識(shí)別和操作DS18B20的基礎(chǔ)；無論讀取還是選擇對(duì)某一個(gè)傳感器進(jìn)行操作，主機(jī)必須發(fā)送64位ROM代碼。

　　BASCOM-AVR是MSC Electronics公司推出的基于AVR系統(tǒng)的軟件開發(fā)仿真平臺(tái)。程序語句和Micrsoft VB/QB高度兼容；為標(biāo)準(zhǔn)LCD顯示器、I2C芯片和單總線協(xié)議芯片等擴(kuò)充了專用語句；內(nèi)置模擬終端和程序下載功能；內(nèi)置軟件仿真平臺(tái)用于測試；編譯產(chǎn)生的運(yùn)行代碼可在所有帶內(nèi)部存儲(chǔ)器的AVR微控制器中運(yùn)行。DEMO版本可生成2KB程序代碼。BASCOM-AVRDEMO版安裝軟件包可到http：//www.mcselec.com免費(fèi)下載。

3.1獲取序列號(hào)(64位ROM代碼)

　　操作單總線數(shù)字溫度傳感器必須嚴(yán)格按規(guī)定的協(xié)議操作，即應(yīng)按以下順序操作：初始化、ROM操作命令、暫存存儲(chǔ)器操作命令、數(shù)據(jù)傳輸。在ROM操作命令中，有兩條命令專門用于獲取傳感器序列號(hào)：讀ROM命令(33H)和搜索ROM命令(F0H)。讀ROM命令只能在總線上僅有一個(gè)傳感器的情況下使用。搜索ROM命令則允許總線主機(jī)使用一種“消去”處理方法來識(shí)別總線上所有的傳感器序列號(hào)。為了建立64位ROM代碼和測量位置點(diǎn)傳感器之間的關(guān)系，我們選用讀ROM命令(33H)。DS18B20的64位ROM代碼結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　如果某一傳感器損壞，只需按上述連接方法，撥動(dòng)開關(guān)K2輸入損壞傳感器的位置編號(hào)，將新的DS18B20插入Z1插座重新測試，單片機(jī)自動(dòng)根據(jù)讀取的編號(hào)值將測得的ROM代碼取代E2PROM中相同位置編號(hào)處的原ROM代碼即可。

3.2多點(diǎn)溫度的巡回測量

　　開關(guān)K1打開，將T斷開處接上。由于已經(jīng)在上面獲取了多個(gè)DS18B20的ROM代碼并在AVR單片機(jī)內(nèi)部的E2PROM中建立了測量位置點(diǎn)和傳感器64位ROM代碼之間的關(guān)系表，因此對(duì)多個(gè)溫度的巡回測量的步驟如下：

　　(1)發(fā)跳過ROM命令CCH。

　　(2)發(fā)啟動(dòng)所有在線的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換命令44H。

　　(3)延遲1s。

　　(4)發(fā)匹配ROM命令55H。

　　(5)按照E2PROM中建立的關(guān)系表的順序取出64位ROM代碼發(fā)送到單總線。

　　(6)發(fā)讀溫度值命令BEH，讀取溫度值。

　　(7)進(jìn)行CRC校驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理后送LCD顯示器顯示。

　　(8)重復(fù)第4步到第7步，直到所有的DS18B20測量處理完。

　　(9)再重復(fù)第1步到第8步，進(jìn)行下一輪的巡回測量。

　　如果只對(duì)某一個(gè)DS18B20進(jìn)行溫度測量，只要將第1步的跳過ROM命令CCH，改為匹配ROM命令55H，將撥動(dòng)開關(guān)撥到和要測量的DS18B20的編號(hào)相對(duì)應(yīng)的數(shù)值上，單片機(jī)90S8515讀取撥動(dòng)開關(guān)的數(shù)值(編號(hào))n，到E?2PROM建立的關(guān)系表中從(n-1)×8開始的單元取出ROM代碼發(fā)送到總線，去掉第8步，其余和上面步驟相似即可。

　　測試中，DS18B20選擇芯片出廠時(shí)默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)換精度，轉(zhuǎn)換的結(jié)果用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供。關(guān)于DS18B20可參考DALLAS公司的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　多點(diǎn)溫度巡回測量的主要程序如下：

　　上述兩個(gè)程序可以編寫為兩個(gè)子程序，主程序在初始化工作完成后，讀開關(guān)K1的狀態(tài)，如為打開狀態(tài)調(diào)用溫度巡回測量部分的子程序；如為閉合狀態(tài)調(diào)用獲取ROM代碼子程序。

4.1設(shè)置報(bào)警限值

　　DS18B20設(shè)有溫度高低限報(bào)警功能。DSl8B20的存儲(chǔ)器由兩部分組成：一個(gè)是9字節(jié)的靜態(tài)RAM，其中第0和第1字節(jié)用于存儲(chǔ)16位的溫度轉(zhuǎn)換值，第2(高溫限TH)和第3字節(jié)(低溫限TL)作為溫度報(bào)警限值或通用存儲(chǔ)器單元供用戶使用；另一個(gè)是非易失性的E2PROM。當(dāng)靜態(tài)RAM作為溫度報(bào)警限值使用時(shí)，可以在系統(tǒng)安裝和工作前，用寫RAM命令4EH將高溫限TH和低溫限TL寫入第2和第3字節(jié)單元。由于靜態(tài)RAM掉電后信息即丟失，因此需要再通過拷貝RAM命令48H將第2和第3字節(jié)單元的溫度報(bào)警限值拷貝到E2PROM中。主程序只要在初始化部分使用重調(diào)E2PROM命令B8H，就可以將E?2PROM中的溫度報(bào)警限值重新拷貝到靜態(tài)RAM中。

4.2報(bào)警處理

　　系統(tǒng)正常工作時(shí)，在啟動(dòng)所有的DS18B20作溫度轉(zhuǎn)換后，可以使用報(bào)警搜索命令ECH，發(fā)現(xiàn)溫度值高于TH或低于TL的數(shù)值時(shí)，則讀取報(bào)警的DS18B20的ROM代碼，通過查AVR單片機(jī)內(nèi)部E2PROM中測量位置點(diǎn)和傳感器64位ROM代碼之間的關(guān)系表即可得到報(bào)警的DS18B20的位置編號(hào)，從而啟動(dòng)語音報(bào)警或在LCD上顯示報(bào)警點(diǎn)的位置編號(hào)。

　　本文的設(shè)計(jì)方法，將DS18B20 ROM代碼的獲取和溫度的測量融為一體，利用單片機(jī)內(nèi)部的E2PROM建立了測量位置點(diǎn)和ROM代碼之間的關(guān)系表，用簡單的硬件及編程方法實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度的測量、數(shù)字溫度傳感器的出錯(cuò)指示和識(shí)別，大大有利于系統(tǒng)的調(diào)試和擴(kuò)充，能有效降低成本，縮短開發(fā)周期。在糧庫測溫系統(tǒng)、冷庫測溫系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、智能建筑自控系統(tǒng)等多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)中將獲得廣泛的應(yīng)用。