【摘 要】為了對(duì)橋梁危險(xiǎn)截面關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)變情況進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地在線監(jiān)測(cè)，并克服環(huán)境溫度對(duì)光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的影響，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于DS18B20單總線溫度傳感器的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)。仿真結(jié)果證實(shí)，系統(tǒng)采集迅速，性能可靠。

【關(guān)鍵詞】橋梁應(yīng)變 DS18B20 單總線 溫度補(bǔ)償

【Abstract】In order to monitor the strain of dangerous section key components on the bridge in real time and to overcome the impact on FBG strain monitoring system which caused by ambient temperature， the temperature compensation system based on DS18B20 single-bus temperature sensor has been developed. The simulation results showed that the system collected the data rapidly and worked reliably.

【Key words】Bridge strain DS18B20 1-wire Temperature compensation

光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)作為大型橋梁健康監(jiān)測(cè)的重要手段，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性必須得以保證。本文針對(duì)目前橋梁光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)中光纖光柵溫度傳感器補(bǔ)償[1]效果欠佳，成本太高的問題，設(shè)計(jì)了基于DS18B20的橋梁應(yīng)變監(jiān)測(cè)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)[2，3]，具有一定的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊主要由單片機(jī)及少數(shù)外部電路組成的最小系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)對(duì)8個(gè)通道上的溫度傳感器進(jìn)行數(shù)量的自動(dòng)識(shí)別、記錄連接在單總線上的所有溫度傳感器ID，并與指定的溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成溫度數(shù)據(jù)讀取，轉(zhuǎn)換和上傳。數(shù)據(jù)處理模塊如圖1所示。包括系統(tǒng)上電指示燈，系統(tǒng)復(fù)位電路和晶體振蕩電路。

由于溫度補(bǔ)償系統(tǒng)具有和上位機(jī)進(jìn)行通訊的功能，因此采用11.0592MHz高精度晶振實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)通訊波特率。P0口作為數(shù)據(jù)總線接口，用于同LCD液晶模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；P2口作為控制口，控制LCD液晶模塊進(jìn)行顯示；P1口作為溫度傳感器通道，每個(gè)通道可懸掛若干個(gè)DS18B20；P3口的RXD和TXD引腳作為串行通訊接口。

本設(shè)計(jì)的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中，將多個(gè)DS18B20懸掛在單總線上，采用外部電源供電方式，線纜采用四芯對(duì)絞全銅屏蔽通訊線纜，連接方式如圖2所示，采用地和數(shù)據(jù)線對(duì)絞、地和電源線對(duì)絞的連接方式，這使得數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的抗干擾能力增強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸距離更長(zhǎng)。對(duì)DS18B20做了測(cè)溫距離實(shí)驗(yàn)，采用四芯對(duì)絞全銅非屏蔽通訊電纜，可靠傳輸距離超過100m。

本項(xiàng)目的通訊距離為240m，通訊波特率為19200baud，使用CAN總線進(jìn)行通訊。設(shè)計(jì)中選用PCA82C250[6] CAN總線物理接口芯片，利用CAN總線的物理層，無需增加編程任務(wù)[5]，其連接方式見圖3所示。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序開始后首先進(jìn)行變量初始化，然后對(duì)8個(gè)通道進(jìn)行各一次溫度轉(zhuǎn)換命令，但并不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)讀取，轉(zhuǎn)而進(jìn)行其他操作，使各個(gè)通道上的所有DS18B20完成上電復(fù)位操作并等待一段時(shí)間，防止首次溫度轉(zhuǎn)換讀出+85℃的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。緊接著，軟件自動(dòng)判斷系統(tǒng)中有沒有插入1602型LCD液晶屏。若檢測(cè)到有液晶屏為系統(tǒng)調(diào)試模式；檢測(cè)到?jīng)]有連接液晶屏則系統(tǒng)進(jìn)入正常工作模式，進(jìn)行串口初始化操作，啟動(dòng)數(shù)據(jù)上傳方案。

為保證所有當(dāng)前通道上所有元件溫度轉(zhuǎn)換的同步性，溫度轉(zhuǎn)換子程序應(yīng)先對(duì)當(dāng)前通道上的所有元件進(jìn)行初始化操作，隨后在總線上發(fā)送ROM跳過指令0xCC，則總線上所有都會(huì)被選中，后邊送出溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)命令0x44，則總線上所有元件開始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換操作，因?yàn)镈S18B20完成12位精度溫度數(shù)值轉(zhuǎn)換最多需要750ms，所以在此處設(shè)置調(diào)用延時(shí)子程序，等待溫度轉(zhuǎn)換完成，隨后退出溫度轉(zhuǎn)換子程序。

對(duì)總線上所有的元件進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換操作后，就應(yīng)該逐個(gè)對(duì)其進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的讀取操作。溫度讀取子程序應(yīng)先對(duì)溫度符號(hào)標(biāo)志進(jìn)行清零操作，默認(rèn)溫度為正值，隨后對(duì)當(dāng)前通道進(jìn)行初始化操作，初始化完成后要對(duì)指定元件進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)讀取，應(yīng)先寫ROM匹配命令0x55，所有元件準(zhǔn)備接收ROM信息，再送出對(duì)應(yīng)的64位ROM信息，指定的元件進(jìn)行響應(yīng)，其余元件斷開總線連接，在總線上送出讀暫存器命令0xBE，元件將2字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，并釋放在總線上，STC89C52RC對(duì)總線上的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，數(shù)據(jù)接收進(jìn)來后，對(duì)溫度數(shù)據(jù)的最高5位進(jìn)行分析，若全為1，則為負(fù)溫度值，溫度符號(hào)標(biāo)志位置1并退出溫度讀取子程序；否則直接退出溫度讀取子程序。

三、結(jié)語

環(huán)境溫度的變化對(duì)橋梁光纖光柵應(yīng)力變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生影響，溫度補(bǔ)償系統(tǒng)可以有效地減小或消除這種影響，從而提高了光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為橋梁的安全運(yùn)營(yíng)提供了可靠保障。

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基金項(xiàng)目：

陜西省交通廳科技計(jì)劃（08-04K）

作者簡(jiǎn)介：

王超（1973-），男，陜西紫陽人，工程師。