基于DS18B20的多路溫度監測系統設計與仿真
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采用8片DS18B20組成多路測溫電路。DS18B20內部均有一個(gè)全球惟一的64位產(chǎn)品序列號，單片機通過(guò)序列號可對一條總線(xiàn)上的多路DS18 B20進(jìn)行控制，讀取其溫度。但DS18B20僅由單總線(xiàn)采集多路溫度數據時(shí)，軟件設計算法復雜，讀取速度慢，無(wú)法適用于實(shí)時(shí)性要求高的測溫場(chǎng)合。特別是當單總線(xiàn)上掛接的DS18B20傳感器個(gè)數大于8個(gè)時(shí)，采用寄生電源供電方式亦存在總線(xiàn)驅動(dòng)能力不足等問(wèn)題。為此，本設計采用“單總線(xiàn)結構+并行I／O口輸入”相結合的方式，實(shí)時(shí)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(xiàn)分別連到單片機的并行P1口引腳，同時(shí)各片DS18B20的電源端采用外部電源供電方式，且每個(gè)單總線(xiàn)另接一個(gè)4．7 kΩ的上拉電阻到5 V電源以保證達到足夠的工作電流；軟件上讀取多路溫度與讀取單路溫度的操作類(lèi)似，不需讀取讀出所用DS18B20的序列號，而只需通過(guò)參數傳遞來(lái)循環(huán)讀取各路溫度數據(軟件設計中介紹)。
2．2 鍵盤(pán)與LED顯示電路設計
LED顯示電路設計：P0口輸出顯示代碼經(jīng)74LS245驅動(dòng)后接到8位LED數碼管的段選線(xiàn)，P2口輸出接到LED的位選線(xiàn)。正常情況下，8位LED數碼管用于循環(huán)顯示通道號及該通道的溫度值。
鍵盤(pán)輸入設計：采用獨立式鍵盤(pán)P3．2～P3．4用來(lái)修改溫度報警的上限與下限值。系統默認的溫度報警上限為50℃，下限為-10℃。系統上電后，LED數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，當系統檢測到當前通道溫度值超過(guò)設定的上、下限時(shí)，將通過(guò)P3．6，P3．7進(jìn)行閃光報警提示。
2．3 串行通信設計
檢測系統可通過(guò)串行口與上位機進(jìn)行通信，向上位機傳送溫度值及相應的通道號。實(shí)物中通過(guò)RS 232串行接口與上位機連接，上位機的控制界面由VB 6．0編寫(xiě)。當運行Proteus軟件時(shí)，可以從虛擬終端看到上位機接收到的8個(gè)通道的溫度數據及相應的通道號。
3 軟件設計
3．1 軟件總體設計
如圖3所示，系統上電復位后，程序主要包括：
(1)系統初始化設置。
(2)按鍵處理子程序：LED數碼管顯示上限報警溫度值并閃爍，若10 s中之內有按鍵輸入修改溫度值，則進(jìn)行鍵盤(pán)操作直至修改完成，并保存溫度上限值；若10 s之內無(wú)按鍵輸入或按P3．4“確定”鍵，則保存上限溫度；接著(zhù)顯示下限報警溫度值并閃爍，重復上述操作后保存下限報警溫度值。
(3)溫度報警值設置子程序：實(shí)現將8路的報警溫度寫(xiě)入DS18B20中，流程圖詳見(jiàn)圖4所示。
(4)讀取溫度子程序：在對顯示路數初始化后，進(jìn)行溫度值讀取，這是軟件設計的關(guān)鍵，下面將單獨介紹。
(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(dòng)定時(shí)器0，驅動(dòng)上／下限報警提示單元。
(6)顯示當前通道溫度子程序：取得當前通道號后，根據讀取的2字節溫度值(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部分和小數部分，通過(guò)運算后保存到顯示緩沖區，進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，并刷新顯示若干時(shí)間。
(7)上位機通信子程序：每采集一路溫度數據，通過(guò)RS 232串口，將其通道號、溫度值發(fā)送給上位機，完成相應通道的溫度數據采集處理。
(8)循環(huán)修改：修改通道號，進(jìn)行下一路溫度數據采集，直至8路溫度處理完成，如此循環(huán)往復。
3．2 讀取溫度子程序設計
采用DS18B20進(jìn)行單路測量時(shí)，可直接與單片機相連，不需讀取讀出器件的64位產(chǎn)品序列號。當采用DS18B20進(jìn)行多路測溫時(shí)，在初始化操作后，通常的做法是需要在線(xiàn)逐個(gè)地搜索64位ROM編碼以確認各個(gè)DS18B20所在位置，并需對ROM編碼進(jìn)行冗余校驗，算法設計復雜。且等待多路搜索是否完成需要消耗大量的時(shí)間，使程序執行的效率和系統實(shí)時(shí)性受到了影響。
本設計采用“單總線(xiàn)結構+并行I／O口輸入”結合的方式巡回讀取多路溫度。DS18B20作為單總線(xiàn)芯片，進(jìn)行信息交換時(shí)有嚴格的讀／寫(xiě)時(shí)序要求。讀取溫度子程序流程如圖5所示。首先通過(guò)參數傳遞將通道號傳給讀取溫度子程序，接著(zhù)對DS18B20進(jìn)行初始化，然后直接執行跳過(guò)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，節約了時(shí)間。之后，再向DS18B20發(fā)送溫度轉換命令(44H)，DS18B20啟動(dòng)溫度采樣與A／D轉換，并將轉換數據存儲在暫存器中。
然后再次初始化DS18B20，并在再一次跳過(guò)ROM命令后，執行單片機讀暫存器命令(BEH)，根據傳遞參數確定的通道號，可將通道號對應的DS18B20高速暫存存儲器的9個(gè)字節數據讀入單片機中，其中第0，1字節分別是溫度值低位(LS byte)和高位(MS byte)，第2，3字節分別是高溫限值(TH)和低溫限值(TL)，從而完成某通道DS18B20的溫度采集。
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