關(guān)鍵詞：ds18b20 混凝土 測(cè)溫單片機(jī)

　 概述

　　秦皇島-沈陽(yáng)高速鐵路客運(yùn)專線上有許多要架橋的路段，而在遠(yuǎn)離橋梁廠的野外現(xiàn)場(chǎng)澆制橋梁時(shí)，為保證梁身澆注的質(zhì)量，須做到：① 養(yǎng)護(hù)時(shí)梁內(nèi)任意兩點(diǎn)之間的溫度差不能超過(guò)規(guī)定值；② 混凝土澆注后14天的水化熱溫度曲線須符合所用規(guī)格混凝土的水化熱溫度曲線；③ 混凝土受太陽(yáng)照射后橋身的各個(gè)部位的熱脹冷縮不同，導(dǎo)致橋面和腹板出現(xiàn)日照溫差，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，此應(yīng)力不能超過(guò)一安全極限值，否則將影響橋梁的承載力。本系統(tǒng)采用ds18b20和單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成完整的溫度采集及數(shù)據(jù)傳送電路，用于采集混凝土澆注后14天內(nèi)的水化熱溫度及第14天以后，1年內(nèi)的日照溫差，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)橋梁的質(zhì)量及使用年限進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。

一、 ds18b20新特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)

　　ds18b20是美國(guó)dallas公司繼ds1820之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較ds1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿意的效果。

　　1. ds18b20的新性能

　　(1) 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.0~5.5v；

　　(2) 測(cè)溫范圍：-55~+125℃，在-10~+85℃時(shí)精度為±0.5℃；

　　(3) 可編程的分辨率為9~12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；

　　(4) 12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字；

　　(5) 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

　　2. ds18b20的外形及引腳說(shuō)明

　　外形如圖1所示。其體積只有ds1820的一半，引腳定義相同。

1（gnd）：地

2（dq）：?jiǎn)尉�運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳

3（vdd）：可選的電源引腳 圖 1 ds18b20引腳結(jié)構(gòu)圖

　　3. ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　�。�1） ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖 2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ds18b20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：

① 64位激光rom。64位激光rom從高位到低位依次為8位crc、48位序列號(hào)和8位家族代碼(28h)組成。

② 溫度靈敏元件。

③ 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl。可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。

④ 配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。ds18b20在工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如圖3所示。其中，tm：測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫(xiě)入0，不能改變；r0、r1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如表1所列，出廠時(shí)r0、r1置為缺省值：r0=1，r1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫(xiě)配置寄存器以獲得合適的分辨率。

tm r1 r0 1 1 1 1 1 msb lsb 圖 3 ds18b20配置寄存器結(jié)構(gòu)圖

表 1 配置寄存器與分辨率關(guān)系表

r0 r1 溫度計(jì)分辨率/bit 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750 　�。�2） 高速暫存存儲(chǔ)器

　　高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如圖4所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖5所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位s=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)s=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。表 2是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。

溫度低位 溫度高位 th tl 配置 保留 保留 保留 8位crc lsb msb 圖 4 ds18b20 存儲(chǔ)器映像圖

圖 5 溫度值格式圖

表 2 ds18b20 溫度數(shù)據(jù)表

溫度/℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125

+25.0625

+10.125

+0.5

0

-0.5

-10.125

-25.0625

-55 00000111 11010000

00000001 10010001

00000000 10100010

00000000 00001000

00000000 00000000

11111111 11111000

11111111 01011110

11111110 01101111

11111100 10010000 07d0h