基于嵌入式技术的温度测量系统设计

　　1. 引言

　　嵌入式系统是能够运行操作系统的软、硬件综合体，且多数系统的应用软件和操作系统是紧密结合在一起的。选配好RTOS(Real-Time Operating System)开发平台，就能合理的实现多任务调度，系统资源利用。

　　嵌入式系统较一般单片机系统而言，软件资源利用率较高，开发周期短;系统精度较高;实时性也更好。特别适合于数据处理量较大，有联网、通信等要求的场合。

　　为了利用嵌入式系统构造一个分布式多点温度测控系统，本文做了一些前期的尝试和开发工作。结合可编程单总线数字式温度传感器DS18B20，用嵌入式系统构造了一个具有温度测量、相关数据处理以及与上位机通信等功能的现场温度测量单元，上位机则主要完成系统监控和人机交互等功能。

　　2. 系统组成及工作原理

　　温度测量系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

　　本文中，下位机由嵌入式系统组成。根据实际需要，其核心采用了低端的LPC2104芯片。它包含一个支持仿真的ARM7TDMI-S CPU，128K 字节FLASH存储器和64K字节SRAM以及片内总线。数字式温度传感器DS18B20连到LPC2104的一个GPIO管脚P0.8上。 LPC2104通过该管脚发送命令和接收温度值，并对读到的温度值进行数字滤波、二—十进制转换等数据处理，还设置了温度超限报警等功能。下位机还可与上位机实时通信，一方面接受上位机的各种指令，另一方面，将测得的温度值传送到上位机。

　　上位机为PC机，通过串口与下位机相连。一方面将设定的指令以及人工干预信号发送给下位机，另一方面，对从下位机接收到的温度数据进行适当的处理，并将其以曲线的形式显示出来。

　　DS18B20直接将测得的温度值转换成数字量输出，其有效引脚只有三个：DQ(数据)、VDD(电源)和GND(地)。DS18B20是通过带5K上拉电阻的DQ线来读取和发送信息的，它可以不外接电源，也可在VDD端外接一个3v～5.5v电源。DS18B20片内含有ROM和RAM，ROM中保存有一个独立的序列号，因而可将多个DS18B20同时连在一条总线上工作。

　　对DS18B20的操作有：复位;对ROM的操作(若只用一个DS18B20，则可跳过ROM匹配);对RAM的操作，即先发送温度转换命令(0x44)，使DS18B20将采集到的模拟量数据转换为数字量存到 RAM中，再发送读取存储器命令(0xbe)，使其将RAM中存储的数据从DQ上按照一定的时序传送出来。传送时，先低位后高位，最后传符号位。

　　通过对DS18B20进行时序分析知，复位脉信号应为一个持续480us以上的低电平信号;写信号应满足：先使DQ线降为低电平，若写“1”，则在15us内置DQ为高电平，若写“0”，则仍置DQ为低电平，在两次独立写时序之间至少应保持1us的恢复时间;读信号应满足：先将DQ线从高电平拉到低电平，并使其至少保持1us，因DS18B20的输出数据将在下降沿后15us有效，故在此之前，微机必须释放DQ线，以便读取数据。写、读时序均不得小于60us。根据以上分析，可编写出相应的复位和读、写函数，调用这些函数便可实现对DS18B20的操作。温度测量程序流程见图2，相应的温度测量函数为Measure_Temperature()。