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DS18B20在空調(diào)檢測系統(tǒng)溫度采集模塊中的應(yīng)用
2013-03-20
硬件連接
2.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器
DS18B20數(shù)字溫度傳感器溫度測量范圍為-55 ℃~+125 ℃，在-10 ℃~+85 ℃范圍內(nèi),精度為±0.5 ℃，可實(shí)現(xiàn)9 bit~12 bit溫度讀取。DS18B20具有一線總線的特點(diǎn)，可以輕松組建溫度采集網(wǎng)絡(luò)，并且體積小、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)用性和可靠性比同類產(chǎn)品更高[1]，因此，在軸承測溫[2]、凍土區(qū)公路路基溫度測量[3]等場合有著廣泛的應(yīng)用。
DS18B20溫度寄存器中的溫度值以9 bit數(shù)據(jù)格式表示，而輸出溫度則是以16 bit符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式提供，其中低8 bit用補(bǔ)碼表示，第9 bit～16 bit為擴(kuò)展符號位。空調(diào)檢測系統(tǒng)所需檢測的溫度值均在0 ℃以上，這樣，只需讀取緩存9個(gè)字節(jié)的前兩個(gè)字節(jié)即可。
2.2 DS18B20硬件連接
DS18B20器件都有一個(gè)唯一的64 bit ROM地址，通過協(xié)議就能識(shí)別這些序列號，這樣多個(gè)DS18B20可以掛接在同一條單總線上，構(gòu)成多點(diǎn)溫度采集網(wǎng)絡(luò)。由于DS18B20具有“單總線”的技術(shù)特點(diǎn)，因此可以采用兩種不同的方式連接單片機(jī)。
（1）單端口并聯(lián)連接：所有DS18B20均連接在同一條總線上，然后再連接到單片機(jī)的某個(gè)I/O端口。這種連接方式具有硬件開銷小的優(yōu)點(diǎn)，理論上一根總線可以掛接256個(gè)DS18B20，但若連接的數(shù)字傳感器數(shù)量較多，單片機(jī)需要花較多的時(shí)間才能獲得每個(gè)傳感器的序列號，會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)使得軟件編程變得復(fù)雜。
（2）多端口并行連接：每個(gè)DS18B20獨(dú)占單片機(jī)某個(gè)I/O端口。這種并行連接方式使得單片機(jī)能夠?qū)λ械臄?shù)字傳感器進(jìn)行并行操作，同一時(shí)間能實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入輸出，實(shí)現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的快速讀取，從而提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也使得軟件編程變得簡單，縮短了項(xiàng)目的開發(fā)周期。這種連接方式的缺點(diǎn)是硬件開銷比較大。
根據(jù)空調(diào)檢測系統(tǒng)的實(shí)際需要，系統(tǒng)使用16片DS18B20構(gòu)成小型溫度數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合單端口并聯(lián)連接和多端口并行連接的連接特點(diǎn)，每個(gè)I/O端口連接兩片DS18B20，共使用8個(gè)I/O端口，單片機(jī)與16片DS18B20連接框圖如圖2所示。DS18B20芯片的DQ端和單片機(jī)的I/O端口相連，并接上一個(gè)4.3 kΩ的上拉電阻，芯片的GND端接地線， VDD端接5 V電源線。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8 bit微控制器，具有8 KB Flash，256 B RAM，32 bit I/O口線，3個(gè)16 bit定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其資源性能可以滿足空調(diào)檢測系統(tǒng)溫度采集的需要。來源：熱像儀 http://www.bjdaisi.com.cn/product/thermography/
2.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器
DS18B20數(shù)字溫度傳感器溫度測量范圍為-55 ℃~+125 ℃，在-10 ℃~+85 ℃范圍內(nèi),精度為±0.5 ℃，可實(shí)現(xiàn)9 bit~12 bit溫度讀取。DS18B20具有一線總線的特點(diǎn)，可以輕松組建溫度采集網(wǎng)絡(luò)，并且體積小、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)用性和可靠性比同類產(chǎn)品更高[1]，因此，在軸承測溫[2]、凍土區(qū)公路路基溫度測量[3]等場合有著廣泛的應(yīng)用。
DS18B20溫度寄存器中的溫度值以9 bit數(shù)據(jù)格式表示，而輸出溫度則是以16 bit符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式提供，其中低8 bit用補(bǔ)碼表示，第9 bit～16 bit為擴(kuò)展符號位。空調(diào)檢測系統(tǒng)所需檢測的溫度值均在0 ℃以上，這樣，只需讀取緩存9個(gè)字節(jié)的前兩個(gè)字節(jié)即可。
2.2 DS18B20硬件連接
DS18B20器件都有一個(gè)唯一的64 bit ROM地址，通過協(xié)議就能識(shí)別這些序列號，這樣多個(gè)DS18B20可以掛接在同一條單總線上，構(gòu)成多點(diǎn)溫度采集網(wǎng)絡(luò)。由于DS18B20具有“單總線”的技術(shù)特點(diǎn)，因此可以采用兩種不同的方式連接單片機(jī)。
（1）單端口并聯(lián)連接：所有DS18B20均連接在同一條總線上，然后再連接到單片機(jī)的某個(gè)I/O端口。這種連接方式具有硬件開銷小的優(yōu)點(diǎn)，理論上一根總線可以掛接256個(gè)DS18B20，但若連接的數(shù)字傳感器數(shù)量較多，單片機(jī)需要花較多的時(shí)間才能獲得每個(gè)傳感器的序列號，會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)使得軟件編程變得復(fù)雜。
（2）多端口并行連接：每個(gè)DS18B20獨(dú)占單片機(jī)某個(gè)I/O端口。這種并行連接方式使得單片機(jī)能夠?qū)λ械臄?shù)字傳感器進(jìn)行并行操作，同一時(shí)間能實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入輸出，實(shí)現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的快速讀取，從而提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也使得軟件編程變得簡單，縮短了項(xiàng)目的開發(fā)周期。這種連接方式的缺點(diǎn)是硬件開銷比較大。
根據(jù)空調(diào)檢測系統(tǒng)的實(shí)際需要，系統(tǒng)使用16片DS18B20構(gòu)成小型溫度數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合單端口并聯(lián)連接和多端口并行連接的連接特點(diǎn)，每個(gè)I/O端口連接兩片DS18B20，共使用8個(gè)I/O端口，單片機(jī)與16片DS18B20連接框圖如圖2所示。DS18B20芯片的DQ端和單片機(jī)的I/O端口相連，并接上一個(gè)4.3 kΩ的上拉電阻，芯片的GND端接地線， VDD端接5 V電源線。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8 bit微控制器，具有8 KB Flash，256 B RAM，32 bit I/O口線，3個(gè)16 bit定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其資源性能可以滿足空調(diào)檢測系統(tǒng)溫度采集的需要。來源：熱像儀 http://www.bjdaisi.com.cn/product/thermography/
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