萬(wàn)志強(qiáng) 張晴晴 王晨 黃金霖

摘 要：溫度是環(huán)境參數(shù)的一個(gè)重要參考值，在許多的儲(chǔ)存條件下，都要對(duì)環(huán)境的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，本文介紹了一種基于ds18b20傳感器溫度信號(hào)采集的實(shí)現(xiàn)，分析了基于該型號(hào)傳感器溫度信號(hào)采集的軟件程序的設(shè)計(jì)、硬件電路的搭建，最后實(shí)現(xiàn)了在糧食的儲(chǔ)存過(guò)程中對(duì)溫度信號(hào)的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：溫度；傳感器；ds18b20；信號(hào)采集

中圖分類號(hào)：TH83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)是倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存過(guò)程中的一個(gè)重要依據(jù)，本文主要介紹溫度信號(hào)的采集實(shí)現(xiàn)的硬件電路，以及溫度信號(hào)采集所采用的溫度傳感器。本問(wèn)著重就溫度信號(hào)的采集和硬件電路給予闡述。

1 溫度信號(hào)采集

在糧食儲(chǔ)存過(guò)程中，溫度是重要的參考量，對(duì)溫度的處理也就顯得尤為必要。在溫度檢測(cè)上，現(xiàn)在主要是采用溫度傳感器來(lái)進(jìn)行溫度信號(hào)的采集，因此對(duì)溫度傳感器的選擇，就顯得尤為重要，好的溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的精確采集、信號(hào)損失少、抗干擾能力強(qiáng)。[1]

1.1 傳感器的選擇

溫度傳感器是采集溫度信號(hào)的重要裝置。常見(jiàn)的溫度傳感器有熱敏電阻型，熱電偶型及數(shù)字式集成溫度傳感器等。本文中選用的溫度傳感器是美國(guó)Dallas公司的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。[2]

DS18B20溫度傳感器的特點(diǎn)是：

（1）供電電壓的適應(yīng)范圍寬。（2）采用單線接口。（3）多個(gè)DS18B20溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)測(cè)量溫度。（4）使用方便，DS18B20把傳感器和轉(zhuǎn)換電路都封裝一起。（5）測(cè)量精度高。（6）抗干擾能力強(qiáng)。（7）有自我保護(hù)功能。

1.2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器的工作方式

DS18B20數(shù)字溫度傳感器是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，[8]這種類型的傳感器一個(gè)顯而易見(jiàn)的好處就是溫度測(cè)量系統(tǒng)中抗干擾能力強(qiáng)。采用該溫度傳感器來(lái)采集溫度信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、獲取的信號(hào)精度高、資源占用少和搭建硬件架構(gòu)上便于實(shí)現(xiàn)，以下是幾種該信號(hào)溫度傳感器硬件上的電路原理圖。

1.2.1寄生電源供電方式

DS18B20溫度傳感器在寄生電源供電方式下的電路圖如圖1所示，溫度傳感器在此種供電方式下工作，用于采集信號(hào)的供電從引腳2引入、即信號(hào)端口上。借助于DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部集成電容，端口2處于高電平時(shí)，能量?jī)?chǔ)存，端口2處于低電平時(shí)，傳感器的內(nèi)部集成電容提供電能。采用此種供電方式時(shí)，若要測(cè)量結(jié)果保持一個(gè)高的精度，在輸入/輸出端口必須提供要求的電能。[3]DS18B20溫度傳感器采用該種供電方式下工作的優(yōu)點(diǎn)是：（1）當(dāng)要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量而又不便提供本地電源的情況下可以不需提供；（2）資源占用少，只需占用一條端口；（3）讀取ROM數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)可以補(bǔ)借助于常規(guī)電源。

1.2.2寄生電源強(qiáng)上拉供電方式

圖2所示的是DS18B20溫度傳感器供電方式為寄生電源強(qiáng)上拉供電方式下的電路圖，實(shí)際上，采用寄生電源供電方式采取溫度信號(hào)還是有一些弊端，要改變這種弊端，一個(gè)方法是采用強(qiáng)上拉供電方式。采取寄生電源強(qiáng)上拉供電方式優(yōu)點(diǎn)是，相較于傳感器在寄生電源供電方式下供電有時(shí)的不充足，在強(qiáng)上拉供電方式下傳感器可以獲得充足的電量保證。缺點(diǎn)是較寄生電源供電方式相比，資源占用相對(duì)較高，需要占用二條數(shù)據(jù)端口。

1.2.3外部電源供電方式

DS18B20溫度傳感器供電方式應(yīng)用最多的是外部電源供電，電路圖如圖3所示，傳感器應(yīng)用這種供電方式的優(yōu)點(diǎn)是，傳感器運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)量結(jié)果可靠、抗干擾能力強(qiáng)，硬件電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。[5]采用這種供電方式特別值得注意的是，傳感器的GND接地端不能為空，如果為空，測(cè)量的結(jié)果值一直是85℃。

2 溫度測(cè)量程序設(shè)計(jì)

DS18B20數(shù)字式溫度傳感器一般要和一個(gè)微處理器聯(lián)系，微處理器起控制作用，依據(jù)傳感器的通訊協(xié)議，對(duì)溫度傳感器起控制作用的的微處理器完成溫度信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換需要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：第一，每次在對(duì)傳感器讀寫之前，都要先對(duì)溫度傳感器進(jìn)行復(fù)位操作；第二，在第一步操作成功后，發(fā)出ROM指令；第三，在復(fù)位和ROM指令發(fā)出后，最后發(fā)送RAM指令。在完成上述的三個(gè)步驟后，最后對(duì)溫度傳感器進(jìn)行預(yù)定的操作[6][7]，DS18B20溫度傳感器采集溫度信號(hào)的程序流程圖如下圖4所示：

參考文獻(xiàn)：

[1]楊榮輝.電容式糧食水分儀的研究.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2003.

[2]張永林，張連全.劉文生.糧食水分在線測(cè)量評(píng)述.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003.

[3]胡俊剛.現(xiàn)代核磁共振技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用[J].食品研究與開發(fā)，2000，21（1）：11-15.

[4]王素紅，張曉旭.基于CSY熱敏式溫度傳感器實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011.

[5]沈曉玲.NTC熱敏電阻的研究.龍巖：龍巖學(xué)院學(xué)報(bào)，2006.06.

[6]徐亦朱.DS18B20可編程分辨率的單總線數(shù)字溫度計(jì)[J].馬鞍山：安徽工業(yè)大學(xué)，2007.

[7]王冬，來(lái)羽，王會(huì)良.Protel DXP 2004 應(yīng)用100例[M].電子工業(yè)出版社，2011.01.

[8]劉建國(guó).谷物干燥機(jī)微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002.12.

作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)志強(qiáng)（1985-），男，漢族，碩士，安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控工程系，助教，研究方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造、數(shù)控技術(shù)；張晴晴（1984-），女，漢族，安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，講師，研究方向：電機(jī)控制、電子技術(shù)。