概述

溫度是一種最基本的環境參數，與人民生活和工農業生產有著密切的關系，在電力供應中離不開溫度測量。液壓操作動機的斷路器是電網的重要設備，保證斷路器液壓操作機構油路的正常運轉對保證電網安全具有重要意義。當環境溫度降低到一定程度后，斷路器的油路流動受到影響，液壓油黏度增大不利于油路的流動，影響斷路器的特性。正常情況下，該裝置顯示當時溫度值。當氣溫升高或降低到規定值時，此裝置會立即自動安全關閉或打開加溫裝置，防止發生事故，是變電站不可缺少的保護裝置。因此研究溫度的測量方法和測量裝置在實際生產中有著重要的意義。

測量溫度的關鍵是溫度傳感器。隨著技術飛速發展，傳感器已進入第三代數字傳感器。本測溫系統采用的DS18B20就是屬于這種傳感器。

DALLAS半導體公司生產的DS18B20是一種但總線溫度傳感器屬于新一代是配微處理器的智能溫度傳感器，這種傳感器具有體積小、精度高、接口方便、傳輸距離遠等特點。廣泛應用在工業、農業、軍事等領域的控制儀器、測控系統中。

二 DS18B20的介紹

1.DS18B20的幾個特點：

a. DS18B20因為采用了單總線技術，可通過串行口線，也可通過其他I/O口線與微機直接接 傳感器直接輸出被測溫度值（二進制數）。

b.其測量溫度范圍為：-55℃————+125℃，

c.測量分辨率為：0.0625℃，是其他傳感器無法相比的。

圖1 DS18B20外部形狀及管腳

d.內含64位只讀存儲器ROM，（內存出廠序列號，是對應每一個器件的唯一號），還又RAM 存有溫度當前轉換值及符號。

e.用戶可分別設定每個器件的溫度上、下限。

f.內含寄生電源。

2. DS18b20的結構：

a. 64位光刻ROM ，可以看作是DS18B20的地址序列號，如表一所示。

表1

b.高速暫存器RAM共占0、1兩個單元：

表2

兩個8位的RAM中，存放二進制的數，高五位是符號位，如果溫度大于0OC，這五位數為0，將測到的數值乘以0.0625，即得到實際的溫度值;如果溫度小于0OC，高五位為1，測到的數值需要取反加1，再乘以0.0625 ，才得到實際的溫度值。

c. 九個寄存器的名稱及作用：

表3

三 DS18B20 的控制方法

DS18B20的操作是通過執行操作命令實現的， 其控制程序是按照DS18B20的通訊協議編制的。單片機與DS18B20交換數據，CPU按照單總線協議在總線上產生復位時序和讀寫時序來實現的。其中包含復位脈沖、響應脈沖、讀、寫時序，只有響應脈沖是DS18B20發出的，其他都有單片機發出。時序的具體要求如下：

（1） 復位脈沖：單片機發出一個寬為480—960μs的負脈沖之后再發出5—60μs的正脈沖，此時DS18B20會發出一個60—240μs的響應脈沖，復位時序結束。也就是呼應階段。

（2） 寫時間片：寫一位二進制的信息，周期至少為61μS，其中含1μS的恢復時間，單片機啟動寫程序后15—60μs期間DS18B20自動采樣數據線，低電平為“0”，高電平為“1”。單片機寫“0”時，要持續低電平60—120μs，寫“1”時，要在啟動后15μs之內使數據線變為高電平。

（3） 讀時間片：讀一位二進制數據，周期及恢復時間要求與寫時間片相同。單片機啟動讀時序之后，至少保持1μs低電平，然后在接近啟動后15μs之前讀入數據。低電平為“0”，高電平為“1”。

（4） ROM 操作命令的執行：

在 ROM 操作命令中，有兩條命令專門用于獲取傳感器序列號：讀ROM命令（33H）和搜索ROM命令（FOH）。讀ROM命令只在總線上只有一個傳感器的情況下使用。具體 的 搜 索過程為：（1）單片機發出復位脈沖進行初始化，連接在P3。5口上的傳感器則發出存在脈沖做出響應。（2）單片機在單總線上發出搜索ROM命令。（3）單片機從單總線上讀一位數據。ds18b20的工作時序分別有初始化時序、寫時序、讀時序、轉換時序等，根據傳感器的這些時序要求編寫出子程序、主程序

表4

四 測溫系統的硬件設計

本系統選擇體積小、成本低、內帶2K EEPROM的89C2051作為控制芯片，晶振采用12MHZ，用74LS07，74LS04驅動三個LED數碼管和一個繼電器線圈從而驅動電加熱設備。P3.5口作為采集溫度信號線，P1口作為顯示數據線，與P3.3，P3.4組成顯示的個位、十位及符號位，采用動態掃描顯示。在本系統中測控一路溫度信號，DS18B20通過單總線方式連接在單片機的P3。5.引腳上，用戶可設定所需的溫度測定值（包括上限值和下限值），P3.1引腳控制電熱設備啟動與停止，從而達到控制溫度效果。整個硬件系統簡單、明晰。

圖4 DS18B20測溫硬件原理圖

五 系統軟件設計：

系統對溫度檢測控并實時顯示溫度值。所選用的溫度傳感器芯片DS18B20屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，時序復雜，在編程及運行中均須嚴格安照時序進行。

測溫系統的工作流程：初始化——-獲取序列號的ROM操作命令——-寫存儲器操作命令——-讀轉換數據——-處理數據—-顯示溫度—-啟動控制設備。主程序功能是調用各功能子程序、控制電熱設備開啟與停止。子程序包括：對DS18B20初始化子程序、讀子程序、寫子程序、溫度轉換子程序、數值計算子程序、顯示子程序。（見程序方框圖）

此系統程序編寫雖然比AD590測溫復雜，但省去A/D轉換環節硬件，提高精度及抗干擾能力，系統穩定。

結束語

本文作者創新點采用的是DS18B20是最新的單線數字溫度傳感器，其技術含量高，時序復雜，但成本低，在測溫要求精度高的情況下也能滿足，是首選元器件。本裝置采用89C2051單片機+串行智能傳感器來完成此功能。不管從經濟還是技術上看都是優等的選擇。

編輯：hfy