趙 睿 ，馬殷元

（蘭州交通大學 機 電技術研究所， 蘭州 7 30070）

針對傳統的溫度采集方法。速度慢、多點信號不同步等問題，本文提出了多點、高速、同步溫度采集的方法，采用DS18B20數字溫度傳感器來采集溫度信號。通常在單總線上串聯很多DS18B20，需要查詢DS18B20的64位ROM才能得到對應傳感器的溫度值，為了節(jié)省掉64位序列號的時間開銷，采取在每個總線上掛載一個DS18B20的方法，通過并口對多個DS18B20進行統一操作，既節(jié)省了大量的存儲空間，又提高了溫度轉換的同步性和速度。

圖1 多點高速同步溫度采集系統

1 系統構成

多點并行溫度采集系統如圖1，ATmega16單片機的每個I/O口上掛接一個DS18B20數字溫度傳感器，通過讀取每個口的電平值來同時讀取多路DS18B20的溫度值，并在LCD顯示器上顯示，同時通過RS232發(fā)送到上位機。

2 系統硬件設計

2.1 主要元件介紹

AVR ATmega16單片機是一款采用RISC指令的8位高速單片機， 具有速度快、片上資源豐富、驅動能力強、功耗低、性價比高、保密性好等眾多的優(yōu)點。

DS18B20溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。DS18B20采用單線的接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條I/O 口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。并支持多點組網功能，在使用中，DS18B20不需要任何外圍元件，大大簡化了數據采集電路的設計。

另外，DS18B20輸出的信號是數字量，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力，與采集模塊之間的連接電纜可以很長，采用屏蔽3芯線作為信號線，DS18B20的可靠傳輸距離可以達到200 m。作為智能傳感器，用戶可以設定傳感器的報警溫度，此溫度值存儲在EEPROM中，掉電后不會丟失。DS18B20還具有自診斷功能，當由于意外原因導致傳感器故障時，傳感器將返回錯誤代碼FF。 DS18B20測溫范圍-55℃～125℃，測溫誤差在±0.5℃以內，這與各監(jiān)測點的溫度范圍和測量精度都是符的，所以設計時選用該溫度傳感器。

圖2 系統硬件電路設計

2.2 硬件電路設計

本系統采用一片ATmega16單片機作為核心控制單元，其中PA、PB、PC、PD口的32個引腳作為輸入輸出使用，PA、PB口的16個引腳分別掛載16個DS18B20,PC口的PC2、PC3、PC4、PC5引腳作為程序下載端口使用，PC0、PC1、PC7三個引腳分別掛載3個DS18B20,PD口的PD0和PD1作為串口通訊引腳使用，PD3~PD7，5個引腳分別掛載5個DS18B20.整個系統充分利用了mega16單片機的I/O資源，掛載了24個DS18B20,可同時采集24路溫度信號。由于mega16單片機價格低廉如需采集更多路的溫度信號可將多個mega16單片機并聯使用。系統硬件電路設計如圖2。

3 系統軟件設計

由于單片機與單總線溫度傳感器是通過1根信號線鏈接的，主機要實現各類操作命令以及溫度的讀取與設置，必須嚴格地按照DS18B20的通信協議來進行。在進行數據寫“0”、寫“1”時隙、讀“0”、讀“1” 時隙，所有的數據傳輸必須從字節(jié)的低位開始，編寫程序時必須按照其對應的時序操作，否則不能獲得正確完整的數據。下面對DS18B20進行各類操作的重要函數說明如下：

resetDS18B20_ABCD(void):發(fā)送復位脈沖，每次對DS18B20的操作必須調用此函數。

*readByteDS18B20_ABCD(void)：向DS18B20讀一個字節(jié)。

writeByteDS18B20_ABCD(BYTE wb)：向DS18B20寫一個字節(jié)。

*readTempDS18B20_ABCD(void)：分別從24個DS18B20中讀取24路溫度。

UART_transmit（）：串口發(fā)送函數，將24路溫度值發(fā)送上位機顯示。

在本系統中，DS18B20 采用9位分辨率，溫度的最大轉換時間可達到93.75 ms。采集多路溫度信號的時間約為750 ms。大大的提高了溫度采集的速度，實現了多路溫度的同步采集。

3.1 主程序設計

本系統采取模塊化設計，首先對mega16單片機的I/O口、定時器和串口進行初始化，然后調用resetDS18B20_ABCD(void)復位函數對24個DS18B20進行復位操作，接著調用*readTemp-DS18B20_ABCD(void)函數讀取24路溫度值，并通過一個數據換算函數將溫度值轉化為十進制，最后調用UART_transmit（）串口發(fā)送函數將24路溫度值發(fā)送到上位機進行顯示處理，主程序流程如圖3。

3.2 主要子程序設計

并行溫度采集的難點在于對多路DS18B20數字溫度傳感器的同步操作。如同步讀時序、同步寫時序等。本文設計了同步讀寫時序函數，能夠同時讀寫24路DS18B20。下面對讀字節(jié)函數*read-ByteDS18B20_ABCD(void)進行詳細說明：

圖3 主程序流程圖

定義數組Adata[24]用來存放24路溫度值，定義DATA,DATA1,DATA2,DATA3來分別存放讀取的A,B,C,D口的電平值。

每次讀取24路溫度信號的一位，并將其分別存放在數組Adata中，每次讀取完畢后將Adata中的每個數均右移一位（讀取溫度時，先讀取低位信號）當讀取完8次后，將獲得24路溫度值，程序流程如圖4。

圖4 讀字節(jié)程序流程圖

4 結束語

系統采用AVR ATmega16高速單片機和24路DS18B20數字溫度傳感器，實現對多路溫度信號的高速同步采集。軟件采用模塊化設計，提高系統的執(zhí)行效率，通過設計同步讀寫多路DS18B20時序函數，實現了同步性。通過實驗實現了高速同步采集溫度的目的，具有較好的實用性。

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