一种基于DS18B20的温度采集新方案

摘要：目前DS18B20数据的采集方法，存在不能自动更新DS18B20序列号和定位DS18B20的不足，因此不能及时进行 DS18B20的更换。本课题利用单片机I／O端口号和DS18B20的温度报警触发器(TH和TL)，作为在外部存储器中的存储地址和DS18B20的物理地址，实现了DS18B20和ROM序列号的自动更新，和温度数据的准确定位。并给出了软、硬件设计。

关键词：DS18B20 AVR单片机；单总线

0 引言

温度监控系统在工业、农业和医疗领域拥有很大的应用价值和前景。随着计算机技术、测量技术和无线通信技术的发展，传统的人工监控由于存在很多缺点，正在逐渐被电子监控所代替。现有的一根I／O线上连接多个DS18B20的数据采集方法，在DS18B20接入系统之前，需要采用人工方式将DS18B20的64位ROM序列号逐一读出，并在单片机程序中或外部存储器中进行存储。这种方法给DS18B20物理位置的确定带来了困难，特别是当更换出现故障的DS18B20时，这个问题变得尤为突出。

因此，本课题通过采用软件编程与硬件设计相结合的方式，解决了在AVR单片机与DS18B20结合的测温系统中数字传感器的更换问题。在本课题提出的解决方案中，数据采集模块采用低功耗AVR单片机-Atmega16、单总线数字温度传感器DS18B20以及外部存储器-低能耗串行EEP-ROM。系统根据DS18B20数量的多少，可以选择基于MAX485的有线组网，也可以选择基于nRF905或ZigBee的分布式无线组网。

1 DS18B20简介

1．1 概述

DS18B20是由美国DALLAS(达拉斯)公司生产的高性能单线数字式温度传感器。该传感器提供9到12位温度读数；可实现-55℃到+125℃范围内的温度测量，增量值为0．5℃。现场测量的温度值通过单总线接口传给微处理器，多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上。因此，在实际应用中可以在多个不同的地方放置DS18B20，并将这些传感器接在同一条单线总线上，由一个单片机进行控制。对DS18B20数字传感器供电有两种方式：一是寄生电源供电；二是外部电源供电。每个DS18B20在出厂时都有一个唯一的64位编号，存放在内部ROM中。

1．2 引脚说明

DS18B20只有三个引脚：一个是GDN(电源地)；一个是VDD(当采用寄生电源供电时，VDD接地；若采用外部电源供电时，VDD接工作电源 )；还有一个引脚是DQ(数据输入／输出引脚)。

1．3 硬件电路

1．3．1 寄生电源供电电路

1．3．2 外部电源供电电路

采用寄生电源供电时，VDD引脚必须接地，由I／O引脚为DS18B20提供电源电流。采用外部电源供电时，VDD接外部电源，为DS18B20提供电源电流。寄生电源有双重优点：a．利用此引脚，远程温度检测无需本地电源；b．缺少正常电源条件下也可以读ROM。但是这种供电方式无法保证在数据转换期间的供电，从而DS18B20无法进行精确地温度转换。当多个DS18B20挂在同一根I／O线上并同时进行温度转换时，这个问题变得更加明显。所以本课题采用外部电源供电方式，以达到提高温度转换精确度的目的。

1．4 内部结构

DS18B20内部主要包括：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。如图3所示：

1．4．1 64位光刻ROM

用于存储64位序列号。该序列号是DS18B20的唯一编号，在出厂前被光刻在64位ROM中。DS18B20在与单片机通信时，用此序列号以区别其它传感器。64位序列号可以看作是DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的位排列是：低8位是产品类型标号；接着的48位是该DS18B20的自身序列号；最后高8位是低56位的循环冗余校验码，该8位又被单独提出，称为CRC发生器，主要是实现串行通信中的数据校验，判断接收的数据是否正确。64为序列号的作用，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。

1．4．2 非易失性温度报警触发器

DS18B20的温度报警触发器TH和TL各由一个非易失性EEPROM字节构成，如果没有对DS18B20使用报警搜索指令，可以作为一般的EEPROM存储器使用。利用每个DS18B20唯一的序列号可读取同一根I／O线上的多个DS18B20的温度数据，利用I／O端口号和已经写入层数信息的DS18B20的温度报警触发器(TH和TL)，可将每个DS18B20的温度数据和其物理位置对应起来。因此在DS18B20安装之前，就需将DS18B20所在层的信息写入到温度报警触发器(TH和TL)中。

2 DS18B20与AVR单片机的连接

在本课题中DS18B20采用寄生电源供电，单片机选用AVR单片机-Atmega16。之所以选择AVR单片机，是因为其具有51单片机无法提供的优点：a．读写速度快，AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。其快速存取RISC寄存器文件由32个通用工作寄存器组成。AVR用32个通