【摘要】：本文介绍了美国Dallas半导体公司生产的数字传感器DS1820的电路结构、寄生电源供电方式和测温工作原理，设计了基于4个DS1820 构成的单线多点温度测量系统的电路，采用单片机AT89C2051控制多点温度的采集和处理，并将采集到的多点温度循环显示。给出了测温系统的工作原理和程序流程。
【关键词】：DS1820 数字温度传感器 单线多点温度测量系统
由DS1820 构成的单线多点温度测量系统是一种非常实用的现场总线分布式测量系统。其硬件和软件简单,只占用单片机一个接口引脚,放大器和A/ D 转换器也都被省却,节约了大量的引线和控制通道切换的逻辑电路,安装方便,廉价,在- 55～ + 125 ℃范围内相对其它通用的现场总线分布式测温系统来讲具有绝对的优势[1]。
1、DS1820 芯片简介
1.1DS1820引脚及功能
DS1820有三个引脚：GND（接地）、DQ（数据输入/输出脚；单线接口,可作寄生供电）、VDD（接电源电压）。
1.2DS1820内部结构
DS1820 内部硬件电路主要由四部分组成: 64 位ROM、暂存存储器、温度传感器、温度报警触发装置TH 和TL，如图1方框内结构所示[2]。
光刻ROM中的64位序列号可以看作是该DS18B20的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
DS1820 的存贮器由一个高速暂存便笺式RAM 和一个非易失性电可擦除EERAM 组成，后者存贮高温度和低温度和触发器TH 和TL。 暂存存贮器有助于在单线通信时确保数据的完整性。
2、DS1820的工作原理
DS1820的测温原理：内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数,低温时振荡器的脉冲可以通过门电路,而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55℃时的值,如果计数器到达0之前,门电路未关闭,则温度寄存器的值将增加,这表示当前温度高于-55℃。同时,计数器复位在当前温度值上,电路对振荡器的温度系数进行补偿,计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关闭,则重复以上过程[3]。
对DS1820的使用,多采用单片机实现数据采集。处理时,将DS1820信号线与单片机一位口线相连,单片机可挂接多片DS1820,从而实现多点温度检测系统。
3、使用DS1820组成多点测温系统
3.1 测温系统组成
如图2所示，本系统采用了单片机AT89C2051用于控制温度的采集和处理,显示模块SMS0403显示各测点的采集温度，4个DS1820组成单线测温传感器系统。采用寄生电源供电，由P1.3控制MOS管实现。
3.2工作原理
3.2.1 初始化
单片机上电初始化后，在测温总线上发送一复位脉冲(最短为480μs 的低电平信号) ,DS1820 在检测到总线的上升沿之后,等待15～60μs ,接着发出存在脉冲(60～240μs) 。
3.2.2ROM操作
总线主机检测到DS1820 的存在,便可发出ROM操作命令。每一片DS1820 在其ROM中都存有其唯一的48 位序列号,在出厂前已写入片内ROM 中,在建立多路测温系统之前, 需将每一个DS1820 的ROM序列号读出并存储起来备用。这个过程非常简单,每一次仅挂接一个DS1820 ,将其序列号用读ROM命令读出并存储。确定了每一片DS1820 的序列号之后,便可以控制多路测温系统。单片机可以通过读ROM、匹配ROM、搜索ROM指令来寻找到我们所需要的温度传感器。
3.2.3RAM操作
单片机找到我们需要的传感器之后，可以通过对其RAM寄存器进行操作，启动温度转换，取得温度值。采用寄生电源供电的优点则在于节约一根导线,但是,总线发出“启动温度转换”命令之后,DQ 引脚必须置高,不得传输数据,且不能同时进行温度变换,所以省时效应不明显。
3.2.4温度处理与显示
单片机取得温度之后，把温度传感器的序号和对应的温度值，发送到显示模块。显示格式为***.*，第一个*代表传感器的编号分别为1~4，**.*为传感器的温度。
3.2.5程序流程
DS1820 使用一根端口线就可与诸多的DS1820 实行通信,他们都能用简单的程序得到自动识别,且程序代码简洁、易用。
对于采用寄生电源供电的测温系统,首先进行初始化; 然后“匹配ROM”, 并紧接上所要用的DS1820 的序号N( I) ,在下次复位之前,总线上所有命令或数据仅对序号为N( I) 的DS1820 有效;然后发出“启动温度转换”命令,由于采用了总线供电方式,在送完“启动温度转换”命令后, P1.3 置1 至少1 s ,MOS 管导通,从而使数据总线与+ 5 V电源线直接相通,有效地提供DS1820 在温度转换时的工作电流(大于1 mA) 。
参考文献:
[1] 沙占友·智能温度传感器的发展趋势·电子技术应用
[2] 王幸之,王雷,翟成,等·单片机应用系统抗干扰技术[M] ·北京:北京航空航天大学出版社,1999.
[3] 邬宽明 ·单片机外围器件实用手册数据传输接口器件分册[M] ·北京:北京航空航天大学出版社,1999.
作者简介:李钦 女，1980年8月4日出生，河北省衡水市人，中学二级教师，研究方向：单片机应用技术