基于DS18B20的MOA溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

金屬氧化物避雷器（MOA） 是防止供電系統(tǒng)和用電設備免受雷電危害的主要設施， 一旦出現故障， 不但失去應有的防雷作用， 且可能帶來供電事故。因而為確保MOA正常發(fā)揮作用， 需要在線監(jiān)測MOA的運行狀態(tài)。以MOA閥片溫度作為故障特征量， 設計了基于DS18B20和AT89S52單片機的實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。研究表明， 該系統(tǒng)結構合理， 方法正確， 可滿足應用需求， 大幅度減少了MOA維護成本。

避雷器監(jiān)測中， 幾乎所有需要測量的變量， 包括在正常電壓及過電壓下的能量吸收， 及由于老化和受潮產生的功耗， 都會影響MOA 閥片的溫度。溫度不僅是其實際工作狀況的間接檢測， 而且是避雷器本身的精確運行參數。MOA 的溫度是各種影響參數共同作用的結果， 避雷器的能量吸收能力是由溫度確定的。正常運行條件下， MOA吸收能量損耗， 溫度變化很小， 出現過電壓時， 溫度可能暫時會有所上升， 但會慢慢恢復。在MOA 老化或受潮時， 溫度會逐步上升，溫度不僅是其實際工作狀況的間接反映， 而且是各種影響參數共同作用的結果。在持續(xù)運行電壓下MOA過熱直接與能量損失相關， 而與運行電壓的質量及外界干擾等無直接關系。因此， MOA 閥片的溫度是判別其是否工作在（熱）穩(wěn)定狀態(tài)的重要特征量。有限元法對MOA的熱特性分析表明， MOA的接地端溫度能反映MOA閥片的熱量分布狀態(tài)， 只要獲得MOA 的接地端溫度， 就可以判斷MOA 的當前工作狀態(tài)。

論文設計的MOA溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)， 以DS18B20為溫度傳感器， AT89S52單片機為控制單元， 同時通過RS- 485總線與PC 機進行通信， 具有遠程溫度監(jiān)測能力和遠程報警能力。

1 DS18B20簡介

1. 1 DS18B20

系統(tǒng)采用DALLAS半導體公司生產的單線數字式溫度傳感器DS18B20 監(jiān)測MOA 接地端溫度。

DS18B20 通過對其內部溫度系統(tǒng)振蕩器輸出的脈沖信號計數來測量溫度， 并在芯片內部把溫度信號轉換成串行數字信號供微處理器處理， 它具有體積小、抗干擾能力強、使用簡單等特點。芯片的測溫范圍為- 50 ~ 125 , 可精確到01625 ; 其工作電源既可以遠端引入， 也可以以寄生方式產生； 每個芯片都有自己單獨的識別編碼， 因而在一條總線上可掛接多個DS18B20 芯片； 由于它占用微處理器的端口少， 可節(jié)省大量的引線和邏輯電路， 適合于遠距離多點溫度檢測。

在進行多點測溫時， 由于傳感器與數據采集系統(tǒng)有一定的距離， 電磁干擾、信號衰減等問題會造成數據傳輸錯誤。DS18B20 內部提供CRC 冗余校驗碼，傳輸過程中系統(tǒng)具有一定的容錯能力， 在糾錯范圍內， 就可以對錯誤的數據進行糾正， 提高抗干擾能力和加大傳輸距離； 當錯誤超出糾錯范圍時， 也可以識別出錯誤的數據進行重新采集， 從而提高采集數據的可信度。DSl8B20的內部結構圖如圖1所示。

圖1 DS l8B20內部結構圖

1. 2 單線（ 1-W ire）技術

單總線（ 1-Wire）技術是近年來由美國Da llas半導體公司研發(fā)的一種總線技術。與SPI、I2C 等多種標準串行數據通信方式不同， 它采用單根信號線傳輸時鐘和數據， 以其具有的節(jié)約I/O 資源、結構簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等優(yōu)點越來越多的被廣泛應用于民用電器、工業(yè)控制領域。

單總線適用于單個主機（Master）控制一個或多個從機（ Slave）設備的系統(tǒng)。當只有一個從機設備時， 系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作， 當有多個從機設備時， 系統(tǒng)可按多節(jié)點系統(tǒng)操作。與其它如并行、串行及專用總線相比， 單總線突出的特點是主機控制器件的地址線、數據線和控制線合成為一條信號線與從機設備進行雙向的數據交換。所以在有多路多個測控對象時， 系統(tǒng)的布線簡單、方便。但是較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件設計進行補償。

經過單線接口訪問單總線器件有嚴格的單總線命令序列如下：

每次訪問單總線器件， 都必須嚴格遵守這個命令序列。如果出現序列混亂， 則單總線器件不會響應主機。