基于DS18B20的多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與仿真
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采用8片DS18B20組成多路測溫電路。DS18B20內(nèi)部均有一個全球惟一的64位產(chǎn)品序列號，單片機(jī)通過序列號可對一條總線上的多路DS18 B20進(jìn)行控制，讀取其溫度。但DS18B20僅由單總線采集多路溫度數(shù)據(jù)時，軟件設(shè)計算法復(fù)雜，讀取速度慢，無法適用于實(shí)時性要求高的測溫場合。特別是當(dāng)單總線上掛接的DS18B20傳感器個數(shù)大于8個時，采用寄生電源供電方式亦存在總線驅(qū)動能力不足等問題。為此，本設(shè)計采用“單總線結(jié)構(gòu)+并行I／O口輸入”相結(jié)合的方式，實(shí)時巡回采集多路DS18B20的溫度信息。具體做法是：硬件上將8片DS18B20的單總線分別連到單片機(jī)的并行P1口引腳，同時各片DS18B20的電源端采用外部電源供電方式，且每個單總線另接一個4．7 kΩ的上拉電阻到5 V電源以保證達(dá)到足夠的工作電流；軟件上讀取多路溫度與讀取單路溫度的操作類似，不需讀取讀出所用DS18B20的序列號，而只需通過參數(shù)傳遞來循環(huán)讀取各路溫度數(shù)據(jù)(軟件設(shè)計中介紹)。
2．2 鍵盤與LED顯示電路設(shè)計
LED顯示電路設(shè)計：P0口輸出顯示代碼經(jīng)74LS245驅(qū)動后接到8位LED數(shù)碼管的段選線，P2口輸出接到LED的位選線。正常情況下，8位LED數(shù)碼管用于循環(huán)顯示通道號及該通道的溫度值。
鍵盤輸入設(shè)計：采用獨(dú)立式鍵盤P3．2～P3．4用來修改溫度報警的上限與下限值。系統(tǒng)默認(rèn)的溫度報警上限為50℃，下限為-10℃。系統(tǒng)上電后，LED數(shù)碼管將先后顯示溫度報警上／下限值。若按P3．2鍵報警值加1；若按P3．3鍵報警值減1；P3．4為確定鍵，用于保存修改值。
此外，當(dāng)系統(tǒng)檢測到當(dāng)前通道溫度值超過設(shè)定的上、下限時，將通過P3．6，P3．7進(jìn)行閃光報警提示。
2．3 串行通信設(shè)計
檢測系統(tǒng)可通過串行口與上位機(jī)進(jìn)行通信，向上位機(jī)傳送溫度值及相應(yīng)的通道號。實(shí)物中通過RS 232串行接口與上位機(jī)連接，上位機(jī)的控制界面由VB 6．0編寫。當(dāng)運(yùn)行Proteus軟件時，可以從虛擬終端看到上位機(jī)接收到的8個通道的溫度數(shù)據(jù)及相應(yīng)的通道號。
3 軟件設(shè)計
3．1 軟件總體設(shè)計
如圖3所示，系統(tǒng)上電復(fù)位后，程序主要包括：
(1)系統(tǒng)初始化設(shè)置。
(2)按鍵處理子程序：LED數(shù)碼管顯示上限報警溫度值并閃爍，若10 s中之內(nèi)有按鍵輸入修改溫度值，則進(jìn)行鍵盤操作直至修改完成，并保存溫度上限值；若10 s之內(nèi)無按鍵輸入或按P3．4“確定”鍵，則保存上限溫度；接著顯示下限報警溫度值并閃爍，重復(fù)上述操作后保存下限報警溫度值。
(3)溫度報警值設(shè)置子程序：實(shí)現(xiàn)將8路的報警溫度寫入DS18B20中，流程圖詳見圖4所示。
(4)讀取溫度子程序：在對顯示路數(shù)初始化后，進(jìn)行溫度值讀取，這是軟件設(shè)計的關(guān)鍵，下面將單獨(dú)介紹。
(5)溫度報警處理：讀取某路DS18B20溫度值及報警上下限值后，進(jìn)行比較，若超出范圍則啟動定時器0，驅(qū)動上／下限報警提示單元。
(6)顯示當(dāng)前通道溫度子程序：取得當(dāng)前通道號后，根據(jù)讀取的2字節(jié)溫度值(溫度暫存器格式參考DS18B20技術(shù)手冊)，判斷其符號位并分別讀取其整數(shù)部分和小數(shù)部分，通過運(yùn)算后保存到顯示緩沖區(qū)，進(jìn)行動態(tài)顯示，并刷新顯示若干時間。
(7)上位機(jī)通信子程序：每采集一路溫度數(shù)據(jù)，通過RS 232串口，將其通道號、溫度值發(fā)送給上位機(jī)，完成相應(yīng)通道的溫度數(shù)據(jù)采集處理。
(8)循環(huán)修改：修改通道號，進(jìn)行下一路溫度數(shù)據(jù)采集，直至8路溫度處理完成，如此循環(huán)往復(fù)。
3．2 讀取溫度子程序設(shè)計
采用DS18B20進(jìn)行單路測量時，可直接與單片機(jī)相連，不需讀取讀出器件的64位產(chǎn)品序列號。當(dāng)采用DS18B20進(jìn)行多路測溫時，在初始化操作后，通常的做法是需要在線逐個地搜索64位ROM編碼以確認(rèn)各個DS18B20所在位置，并需對ROM編碼進(jìn)行冗余校驗(yàn)，算法設(shè)計復(fù)雜。且等待多路搜索是否完成需要消耗大量的時間，使程序執(zhí)行的效率和系統(tǒng)實(shí)時性受到了影響。
本設(shè)計采用“單總線結(jié)構(gòu)+并行I／O口輸入”結(jié)合的方式巡回讀取多路溫度。DS18B20作為單總線芯片，進(jìn)行信息交換時有嚴(yán)格的讀／寫時序要求。讀取溫度子程序流程如圖5所示。首先通過參數(shù)傳遞將通道號傳給讀取溫度子程序，接著對DS18B20進(jìn)行初始化，然后直接執(zhí)行跳過ROM命令(CCH)，即不讀取64位ROM編碼而直接向DS18B20發(fā)出功能命令，節(jié)約了時間。之后，再向DS18B20發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令(44H)，DS18B20啟動溫度采樣與A／D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲在暫存器中。
然后再次初始化DS18B20，并在再一次跳過ROM命令后，執(zhí)行單片機(jī)讀暫存器命令(BEH)，根據(jù)傳遞參數(shù)確定的通道號，可將通道號對應(yīng)的DS18B20高速暫存存儲器的9個字節(jié)數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)中，其中第0，1字節(jié)分別是溫度值低位(LS byte)和高位(MS byte)，第2，3字節(jié)分別是高溫限值(TH)和低溫限值(TL)，從而完成某通道DS18B20的溫度采集。
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