基于DS18B20的MOA溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

金屬氧化物避雷器（MOA） 是防止供電系統(tǒng)和用電設(shè)備免受雷電危害的主要設(shè)施， 一旦出現(xiàn)故障， 不但失去應(yīng)有的防雷作用， 且可能帶來供電事故。因而為確保MOA正常發(fā)揮作用， 需要在線監(jiān)測MOA的運(yùn)行狀態(tài)。以MOA閥片溫度作為故障特征量， 設(shè)計了基于DS18B20和AT89S52單片機(jī)的實(shí)時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。研究表明， 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理， 方法正確， 可滿足應(yīng)用需求， 大幅度減少了MOA維護(hù)成本。

避雷器監(jiān)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(chǎn)生的功耗， 都會影響MOA 閥片的溫度。溫度不僅是其實(shí)際工作狀況的間接檢測， 而且是避雷器本身的精確運(yùn)行參數(shù)。MOA 的溫度是各種影響參數(shù)共同作用的結(jié)果， 避雷器的能量吸收能力是由溫度確定的。正常運(yùn)行條件下， MOA吸收能量損耗， 溫度變化很小， 出現(xiàn)過電壓時， 溫度可能暫時會有所上升， 但會慢慢恢復(fù)。在MOA 老化或受潮時， 溫度會逐步上升，溫度不僅是其實(shí)際工作狀況的間接反映， 而且是各種影響參數(shù)共同作用的結(jié)果。在持續(xù)運(yùn)行電壓下MOA過熱直接與能量損失相關(guān)， 而與運(yùn)行電壓的質(zhì)量及外界干擾等無直接關(guān)系。因此， MOA 閥片的溫度是判別其是否工作在（熱）穩(wěn)定狀態(tài)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(tài)， 只要獲得MOA 的接地端溫度， 就可以判斷MOA 的當(dāng)前工作狀態(tài)。

論文設(shè)計的MOA溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)， 以DS18B20為溫度傳感器， AT89S52單片機(jī)為控制單元， 同時通過RS- 485總線與PC 機(jī)進(jìn)行通信， 具有遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測能力和遠(yuǎn)程報警能力。

1 DS18B20簡介

1. 1 DS18B20

系統(tǒng)采用DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20 監(jiān)測MOA 接地端溫度。

DS18B20 通過對其內(nèi)部溫度系統(tǒng)振蕩器輸出的脈沖信號計數(shù)來測量溫度， 并在芯片內(nèi)部把溫度信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微處理器處理， 它具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、使用簡單等特點(diǎn)。芯片的測溫范圍為- 50 ~ 125 , 可精確到01625 ; 其工作電源既可以遠(yuǎn)端引入， 也可以以寄生方式產(chǎn)生； 每個芯片都有自己單獨(dú)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(jié)省大量的引線和邏輯電路， 適合于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測。

在進(jìn)行多點(diǎn)測溫時， 由于傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有一定的距離， 電磁干擾、信號衰減等問題會造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤。DS18B20 內(nèi)部提供CRC 冗余校驗(yàn)碼，傳輸過程中系統(tǒng)具有一定的容錯能力， 在糾錯范圍內(nèi)， 就可以對錯誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正， 提高抗干擾能力和加大傳輸距離； 當(dāng)錯誤超出糾錯范圍時， 也可以識別出錯誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新采集， 從而提高采集數(shù)據(jù)的可信度。DSl8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 DS l8B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1. 2 單線（ 1-W ire）技術(shù)

單總線（ 1-Wire）技術(shù)是近年來由美國Da llas半導(dǎo)體公司研發(fā)的一種總線技術(shù)。與SPI、I2C 等多種標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式不同， 它采用單根信號線傳輸時鐘和數(shù)據(jù)， 以其具有的節(jié)約I/O 資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)越來越多的被廣泛應(yīng)用于民用電器、工業(yè)控制領(lǐng)域。

單總線適用于單個主機(jī)（Master）控制一個或多個從機(jī)（ Slave）設(shè)備的系統(tǒng)。當(dāng)只有一個從機(jī)設(shè)備時， 系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作， 當(dāng)有多個從機(jī)設(shè)備時， 系統(tǒng)可按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)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(diǎn)是主機(jī)控制器件的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線合成為一條信號線與從機(jī)設(shè)備進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交換。所以在有多路多個測控對象時， 系統(tǒng)的布線簡單、方便。但是較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件設(shè)計進(jìn)行補(bǔ)償。

經(jīng)過單線接口訪問單總線器件有嚴(yán)格的單總線命令序列如下：

每次訪問單總線器件， 都必須嚴(yán)格遵守這個命令序列。如果出現(xiàn)序列混亂， 則單總線器件不會響應(yīng)主機(jī)。