解读DS18B20数字温度传感器的控温应用（水产养殖为例）

　　DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。在水产养殖业中，水温和环境的温度控制，对于养殖来说非常的重要，因此，我们今天讲的便是DS18B20 数字化温度传感器在养殖过程中到底有哪些应用。

1 系统概述

本温控系统是针对鳝鱼幼苗培育而研发的一套以温度控制为主兼顾其他指标的监控系统。其系统构成如图1所示。本系统由32位微控制器模块、温度采集模块、光照采集模块、控制执行模块、加热模块等组成。其工作过程为：多个数字温度传感器DS18B20将感应到的温度模拟信号转换为数字电信号后，输入到温度检测模块，由温度检测模块传输给微控制器模块，进行数据的处理，经过处理好的数据一方面通过232通讯传输给上位机实时监控显示；另一方面在进行模糊PID参数的自调整，调整好的参数输出到控制执行模块和加热模块，控制执行模块接受到命令以后执行卷帘电机的开度、冷气机的开关、热水炉的开关及变频器的调节等。

2 硬件部分

2.1 DS18B20简介

DS18B20是最新型的数字化温度传感器，是单总线器件家族中的一员。它使用一种片内专有的温度测量技术测温。利用高低温度系数振荡器记录由当时环境温度所确定的计数值，以此确定当时当地的温度。内部主要有测温电路，1-Wire接口电路，存储电路及CRC校验电路。特点如下：

（1） 1-wire数字接口；

（2） 专有的64位ROM序列号。含有8位家族号（28H），48位独立序列号，8位CRC校验码，保证串行数据传输的可靠，出错可检验；

（3） -10℃至+85℃范围内保证测温精度：±0.5℃；

（4） -55℃至+125℃的宽工作范围；

（5） +3.0V至+5.5V的宽电源范围；

（6） 可根据实际情况采用本地供电或通过I/O线供电；

（7） 用户可选的9至12位分辨率，可编程选择；

（8） 2字节EERROM，存储上下限报警温度设定值；

（9） 封装形式有TO-92，150milSO和倒装芯片（±2.0℃精度）；

（10） 体积小，价格低，使用灵活；

（11） 无需任何外围硬件；

（12） 16位二进制温度数据格式（两个字节），负温度采用补码表示。这些特点使系统设计更灵活、方便，适合构建大型的温度测量系统。单总线的数字方式传输也大大提高了系统的抗干扰能力。主机与DS18B20交换数据主要靠CPU按照1-wire单总线协议在单总线上产生复位时序和读写时序来实现。其中包含复位脉冲、响应脉冲，写1写0读1、读0时序。只有响应脉冲由DS18B20发出，其余都由主机（程序）发出。时序要求具体介绍如下：

①复位时序：主机发出一个宽度为480~960μs的负脉冲之后，再发出15~60μs的正脉冲，DS18B20则会发出一个60~240μs的响应负脉冲，复位时序结束。

②写时间片：即写一位二进制信息，周期至少为61μs，且含至少1μs的恢复时间。主机启动写时序之后的15~60μs之间，DS18B20自动采样数据线，低电平为0，高电平为1。主机写0时，持续低电平60~120μs之间。写1时，要在启动后15μs之内使数据线变为高电平。

③读时间片：即读一位二进制信息，周期及恢复时间要求与写时间片相同。主机启动读时序之后，至少保持1μs低电平，然后在接近启动后15μs之前读入数据。低电平为0，高电平为1。

2.2 STM32F103CB简介

该系统芯片采用ST公司的32位微处理芯片STM32F103CB，该芯片采用Cortex-M3内核的作为中心控制单元，具有32位硬件除法和单周期乘法器等一系列先进的体系结构；可以有效地实现一些数字信号处理的算法（如FFT、DTMF等），有多达128KB的闪存，4个通用定时器模块，32位定时器模式科技小论文，34个中断，具有8个优先级，2个SSI同步串行接口模块等丰富的资源。

STM32F103CB微处理器模块是整个温控系统的核心模块，主要功能是实时处理数字温度传感器DS18B20采集到的温度信息，并将得到的温度信息值与模糊PID控制器设定控制输出曲线进行实时对比得出需要输出的控制信号量;产生输出控制PWM波信号和通过232通讯传输给上位机实时监控显示。

2.3 硬件电路图

图2 DS18B20温度采集电路图

图3 232通讯电路图

3 软件部分

3.1 温度采集子任务

图4 DS18B20数据采集流程图

3.2 模糊PID控制子任务

图5 模糊PID算法流程图

3.3 上位机界面

本上位机界面采用VB编写，方便实用，操作简单。

图6 上位机控制界面

4 结束语

本系统将模糊PID温度自动控制技术应用于水产养殖中，以养殖场内各种水温为主要被控对象，建立了以模糊PID控制理论为基础的温度自动控制系统，整个系统可以有效地降低消耗，提高生产效率，符合国家提出的“节能减排”要求，符合国家经济发展政策，具有十分广阔的市场应用前景。

图7 调试现场一

图7 调试现场二

通过现场3个月的实际应用测试，目前运行良好，达到了当初的设计目的。