基于DS18B20的溫度監測報警與智能控制系統分析

摘要：本文分析了DS18B20性能特點，并且提出其溫度監測報警與智能控制系統的具體應用，以期為相關人員提供參考性建議，優化智能控制系統，增強溫度監測報警的準確度。

關鍵詞：DS18B20;ROM操作指令;系統硬件

引言：傳統的傳感器需要由計算機處理數字信號，通常采用A/D轉換、調節、放大等操作，不但降低可靠性與穩定性，而且具有復雜的電路結構，需要消耗較大的資源。在科學技術快速發展背景下，溫度傳感器的技術應用水平獲得明顯提高，美國某公司優化了傳感器的應用，提出DS18B20，其采用單總線數字式的方式，被廣泛應用于各個領域。

一、DS18B20性能特點

DS18B20具有較大的使用優勢，可以結合A/D轉換與溫度測量，同時，具有較遠的傳輸距離，以及簡單的硬件電路結構，即使多個點也可以進行測量，而且與單片機連接具有便攜性。微處理器可以處理轉化后的溫度數字信號，其對電壓范圍并沒有過多限制，一般保持在3.0-5.5V，主要采用數據線供電的方式。由于DS18B20采用單總線接口，因此只需要一根線就可以完成雙向通信，與微處理器進行緊密連接。DS18B20具有多點組網功能，在三線上可以進行并聯，完成多點測溫。此外，DS18B20具有較大的測溫范圍，精度可以達到±0.5℃，使用范圍在-10℃-+85℃，具有9-12位的可編程分辨率，目前可以準確辨別的溫度主要包括0.0625℃、0.125℃、0.25℃、0.5℃等，具有較高的精度，在溫度轉換過程中，若是分辨率是9位，則具有較快的顯示速度，只需要93.75ms即可完成轉換。當極性反接電源時，由于DS18B20具有負壓特性，雖然不會燒毀芯片，但是卻無法正常工作[1]。

二、基于DS18B20溫度監測報警與智能控制系統的應用

（一）ROM操作指令

在單總線上需要初始化操作，復位信號通過微處理器發出，傳送到DS18B20，之后在一定時間內發出芯片存在脈沖，意味著保持在線狀態，可以時刻接受指令。當DS18B20信號傳送到微處理器后，將會發送4個ROM操作指令，而且都是8位。ROM操作指令主要包括以下幾點：第一，讀命令。微處理器具有較高的讀寫功能，其中包括8位CRC校驗碼、48個產品序列號、8位產品代碼。特別注意的是，若是存在多個DS18B20在線時，容易引起數據沖突，因此最好采用單個在線方式。第二，選擇定位命令。當多個在線時，微處理器將會發出內部ROM序列號，將會響應操作指令。第三，跳過ROM，當采用單個在線時，可以直接操作寄存器，而跳過序列檢測。第四，查詢指令。在初建系統時，可以使用查詢指令查詢64位序列號和設備數量。在操作ROM指令時，工作人員需要掌握寫數據的過程，先設置數據線，延遲時間為15μs，低電平為0，在發送數據時按照從高到低的順序，而且每次只能發送一位。等到拖延45μs后，需要調整數據總線，將其拉到高電平1，然后重復以上操作，進而發送整個字節。

（二）儲存器操作指令

通過DS18B20可以完成儲存器的操作，操作指令主要包括以下幾點：第一，寫入。在寄存器的第2-4字節中，可以寫入數據，寫完3個字節后才能發送復位信號。第二，讀出。可以讀出寄存器第1-9個字節。第三，復制?？梢赞D移寄存器中的字節，主要包括第2-4字節。第四，開始溫度轉換。當接收到溫度轉換的指令時，需要確定延遲時間，在轉換溫度的過程中，當DS18B20處于休息狀態時，則低電平為0，當結束后，總線高電平為1。第五，讀電源標志。當發送該指令后，外接電源是1，而信號線供電為0。

（三）溫度轉換

當溫度轉換指令傳遞到DS18B20時，則可以進行轉換，溫度值的表現形式是二進制補碼。在讀數據的過程中，可以使用微處理器，按照從低到高的順序讀取，并且數據的格式有特殊規定，表示形式為0.0625℃/LSB。當前5位符號位S=0時，表示溫度的數值為正值，可以直接進行轉換，使其變成十位制。若是出現S=1的情況，則表示溫度的數值為負值，需要采用取反加一的方式，將補碼轉變為原碼，之后再進行轉換[2]。

三、基于DS18B20溫度監測報警與智能控制系統的設計

DS18B20系統硬件主要包括以下部分，首先，報警電路單元，在架構連接過程中，采用達林頓管作為驅動喇叭的方式，并且采用小晶體進行連接，其數量為兩個，利用晶體管可以實現電路飽和的目標。其次，鍵盤驅動線路與LED顯示，其顯示接口為I/O接口芯片，基本輸出方式為PA和PC口，基本輸入方式為PB口，采用共陽極動態作為LED的顯示方式。再次，溫度傳感器單元、DS18B20不用增加地址編碼，含有ROM序列號編碼，可以測量-55-+125℃，需要93.75ms就可以完成9位轉化，若是采用單總線的方式，不但可以進行數據傳輸，而且可以進行同時供電，不會產生過多消耗。最后，主控單元，其主要分為外圍電路與單片機，核心部件采用80C51微處理器，在設計振蕩電路時，頻率到達了6MHz的頻率，并且采用內部時鐘方式。在設計復位電路時，采用上電復位形式，RESET端在電路充電時將會出現正脈沖，進行復位。

結論：綜上所述，DS18B20系統具有智能控制與溫度監控報警功能，可以對溫度進行控制與監測，被廣泛應用在倉庫管理與工業控制等領域，具有廣闊的發展前景。相關人員應當掌握系統硬件電路設計與系統軟件設計，加強DS18B20的應用，充分發揮其測溫準確、使用靈活、成本低廉的優勢，從而促進工業等行業的發展。

參考文獻：

[1]吳坤，何英昊.基于DS18B20的簡易溫度報警器的設計[J].電子制作，2019，000（001）：83-84，61.

[2]向繼文，劉昕，陳善榮.基于DS18B20的數字溫度計設計與仿真[J].電腦與信息技術，2019，027（001）：47-50.

作者簡介：王俊亞（1990.04--）女，漢族，湖北十堰人，碩士研究生，研究方向：電子技術。