摘要：為了克服空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)存在的布線復(fù)雜、溫度采集穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有一線總線、可組網(wǎng)的特點(diǎn)，結(jié)合AT89S52單片機(jī)，給出一種用于空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定的溫度采集方案，討論了16片DS18B20數(shù)字溫度傳感器硬件連接和程序設(shè)計(jì)。應(yīng)用情況表明，該溫度采集方案具有準(zhǔn)確率高、穩(wěn)定性好、安裝方便等特點(diǎn)，有效提高了空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)的性能。

在空調(diào)生產(chǎn)過(guò)程中，為確保空調(diào)產(chǎn)品的質(zhì)量，空調(diào)制造商在產(chǎn)品出廠前都必須對(duì)空調(diào)進(jìn)行加熱帶、制熱、制冷等環(huán)節(jié)的測(cè)試，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的電壓、功率、輸入管溫、輸出管溫、回氣溫度、排氣溫度等參數(shù)判斷空調(diào)是否合格，其中溫度參數(shù)檢測(cè)是整個(gè)空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)的重要部分。

在傳統(tǒng)的空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)中，溫度采集模塊多以熱電阻、熱電偶為溫度傳感器，溫度模擬信號(hào)必須經(jīng)過(guò)專門的調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后才能被單片機(jī)處理，使用一段時(shí)間后，系統(tǒng)檢測(cè)到的溫度值往往不夠準(zhǔn)確，同時(shí)由于溫度采集點(diǎn)分布范圍廣，增加了布線難度，也給系統(tǒng)維護(hù)帶來(lái)不便。

本文采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器、AT89S52單片機(jī)，設(shè)計(jì)出適合空調(diào)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集模塊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)16個(gè)采集點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的同步采集和傳輸。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)溫度采集模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。溫度采集模塊包括電源子模塊、16路溫度采集子模塊、看門狗子模塊、報(bào)警子模塊、RS485接口子模塊。微控制器采用Atmel公司的AT89S52，溫度采集采用Dallas公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20。上位機(jī)采用研祥工控機(jī)，監(jiān)控軟件采用Visual Basic 6.0編程。

溫度采集模塊電路板固定在每個(gè)工作站的控制柜里，并將現(xiàn)場(chǎng)采集到的各點(diǎn)溫度值實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)，因此，溫度采集模塊并沒(méi)有集成LCM子模塊和鍵盤電路。

2 硬件連接

2.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器

DS18B20數(shù)字溫度傳感器溫度測(cè)量范圍為-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃，可實(shí)現(xiàn)9bit~12bit溫度讀取。DS18B20具有一線總線的特點(diǎn)，可以輕松組建溫度采集網(wǎng)絡(luò)，并且體積小、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)用性和可靠性比同類產(chǎn)品更高[1]，因此，在軸承測(cè)溫[2]、凍土區(qū)公路路基溫度測(cè)量[3]等場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用。

DS18B20溫度寄存器中的溫度值以9bit數(shù)據(jù)格式表示，而輸出溫度則是以16bit符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式提供，其中低8bit用補(bǔ)碼表示，第9bit～16bit為擴(kuò)展符號(hào)位?？照{(diào)檢測(cè)系統(tǒng)所需檢測(cè)的溫度值均在0℃以上，這樣，只需讀取緩存9個(gè)字節(jié)的前兩個(gè)字節(jié)即可。

2.2 DS18B20硬件連接

DS18B20器件都有一個(gè)唯一的64bit ROM地址，通過(guò)協(xié)議就能識(shí)別這些序列號(hào)，這樣多個(gè)DS18B20可以掛接在同一條單總線上，構(gòu)成多點(diǎn)溫度采集網(wǎng)絡(luò)。由于DS18B20具有“單總線”的技術(shù)特點(diǎn)，因此可以采用兩種不同的方式連接單片機(jī)。

(1)單端口并聯(lián)連接：所有DS18B20均連接在同一條總線上，然后再連接到單片機(jī)的某個(gè)I/O端口。這種連接方式具有硬件開(kāi)銷小的優(yōu)點(diǎn)，理論上一根總線可以掛接256個(gè)DS18B20，但若連接的數(shù)字傳感器數(shù)量較多，單片機(jī)需要花較多的時(shí)間才能獲得每個(gè)傳感器的序列號(hào)，會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)使得軟件編程變得復(fù)雜。

(2)多端口并行連接：每個(gè)DS18B20獨(dú)占單片機(jī)某個(gè)I/O端口。這種并行連接方式使得單片機(jī)能夠?qū)λ械臄?shù)字傳感器進(jìn)行并行操作，同一時(shí)間能實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的快速讀取，從而提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也使得軟件編程變得簡(jiǎn)單，縮短了項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)周期。這種連接方式的缺點(diǎn)是硬件開(kāi)銷比較大。

根據(jù)空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際需要，系統(tǒng)使用16片DS18B20構(gòu)成小型溫度數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合單端口并聯(lián)連接和多端口并行連接的連接特點(diǎn)，每個(gè)I/O端口連接兩片DS18B20，共使用8個(gè)I/O端口，單片機(jī)與16片DS18B20連接框圖如圖2所示。DS18B20芯片的DQ端和單片機(jī)的I/O端口相連，并接上一個(gè)4.3kΩ的上拉電阻，芯片的GND端接地線，VDD端接5V電源線。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8bit微控制器，具有8KB Flash，256B RAM，32bit I/O口線，3個(gè)16bit定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其資源性能可以滿足空調(diào)檢測(cè)系統(tǒng)溫度采集的需要。

單片機(jī)需要通過(guò)接口電路實(shí)現(xiàn)與DS18B20的連接，接口電路圖如圖3所示。J1是接線端子臺(tái)， DS18B20通過(guò)三芯電纜連接到J1；二極管IN4148實(shí)現(xiàn)電壓鉗位；RWDS1和單片機(jī)AT89S52的一個(gè)I/O端口相連；16片DS18B20通過(guò)J1~J8與溫度采集模塊連接。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 DS18B20溫度采集