1.引言

　　火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是人們?yōu)榱嗽缙诎l(fā)現(xiàn)通報火災(zāi)，并及時采取有效措施，控制和撲滅火災(zāi)，而設(shè)置在建筑物中或其它場所的一種自動消防設(shè)施，是人們同火災(zāi)作斗爭的有力工具。

　　火災(zāi)報警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成；也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動，以形成中心控制系統(tǒng)。即由自動報警、自動滅火、安全疏散誘導(dǎo)、系統(tǒng)過程顯示、消防檔案管理等組成一個完整的消防控制系統(tǒng)。 火災(zāi)探測器是探測火災(zāi)的儀器，由于在火災(zāi)發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫格火光。這些煙、熱和光可以通過探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枅缶蚴棺詣訙缁鹣到y(tǒng)啟動，及時撲滅火災(zāi)。 區(qū)域報警器能將所在樓層之探測器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為聲光報警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號；同時還能監(jiān)視若干樓層的集中報警器輸出信號或控制自動滅火系統(tǒng)。 集中報警是將接收到的信號以聲光方式顯示出來，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號，機(jī)上停走的時鐘記錄下首次報警時間性，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號傳輸給消防控制室。

　　1-Wire總線技術(shù)具有節(jié)省I/O資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，便于總線擴(kuò)展和方便維護(hù)等特點(diǎn)。因此在分布式測溫系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。而美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線智能溫度傳感器DS18B20是采用1-Wire總線技術(shù)的典型產(chǎn)品[2].DS18B20通過單線按照1-Wire協(xié)議傳送特定的命令序列并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。該系列產(chǎn)品有個很重要的特性就是在出廠前每個器件都被寫入了的64位ROM 碼即序列號，有效字節(jié)為家族代碼。代表器件的類型。如DS1990A的家族碼為01H,DS18B20的家族碼為28H.由于在同一條1-Wire 總線上可同時掛接多個相同系列或不同系列的1-Wire 器件，因此主機(jī)必須能夠決定如何正確地訪問位于1-Wire 總線上的各個器件。64位ROM 碼中家族碼提供了器件的類型，隨后的6 個字節(jié)是器件的序列號，用以區(qū)分同一個系列的不同器件。該序列號可作為1-Wire 總線上器件的地址。這樣1-Wire 總線上的所有器件連同主機(jī)就構(gòu)成了一個微型局域網(wǎng)。它們之間通過一條公共線來進(jìn)行通信.

　　2.數(shù)字溫度傳感器特性與功能塊圖

　　利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測量儀表的部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類?，F(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計算機(jī)技術(shù)）。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段；（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）；（2）模擬集成溫度傳感器/控制器；（3）智能溫度傳感器。國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

　　DS18B20的功能就是可以直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。由于每一個智能溫度傳感器DS18B20有一個的64位序列號。允許多個DS18B20在同一條總線上工作。因此可以用一個單片機(jī)在一個大范圍內(nèi)控制多個數(shù)字溫度傳感器DS18B20,經(jīng)常用于環(huán)境溫度控制、溫度監(jiān)測系統(tǒng)以及過程監(jiān)測和控制系統(tǒng)中。1-Wire 器件64位序列號的有效字節(jié)是循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC 碼。該值基于前面的56位數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)主機(jī)開始與某個器件進(jìn)行通信時，可以從低位開始讀取8個ROM 字節(jié)即64位序列號。

　　1-Wire總線技術(shù)的溫度傳感器DS18B20溫度的測量范圍為 - 55℃ ~ + 125℃ .便箋存儲器中包含兩個字節(jié)溫度寄存器用于存儲溫度傳感器的數(shù)字輸出。另外提供一個字節(jié)報警上限TH和一個字節(jié)報警下限TL寄存器。還有一個字節(jié)組態(tài)寄存器。組態(tài)寄存器允許用戶設(shè)置分辨率為9 ~ 12位。分別對應(yīng)溫度值0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃。TH、、TL和組態(tài)寄存器可以存放在EEPROM中，因此當(dāng)系統(tǒng)掉電時，TH、、TL和組態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)仍將保存。1-Wire總線技術(shù)的溫度傳感器DS18B20功能塊如圖1所示。

圖1 1-Wire技術(shù)的溫度傳感器DS18B20功能塊圖

　　3.數(shù)字溫度傳感器ROM命令和功能命令

　　為了能夠使1-Wire總線技術(shù)的溫度傳感器DS18B20正常工作，需要按照一定順序執(zhí)行相關(guān)命令。首先進(jìn)行初始化，其次執(zhí)行ROM命令，執(zhí)行DS18B20功能命令。常用的ROM命令有5個。每個命令均為一個字節(jié)。在發(fā)送DS18B20功能命令之前，主CPU必須發(fā)布適當(dāng)?shù)腞OM命令。對ROM的五種操作命令有ROM搜索命令（代碼為F0H），ROM命令（代碼為33H），匹配ROM命令（代碼為55H），跳過ROM命令（代碼為CCH）和搜索報警命令（代碼為ECH）。

　　當(dāng)主CPU使用了ROM命令之后，如果訪問想要通信的從設(shè)備DS18B20時，主CPU能夠發(fā)布一個DS18B20功能命令。1-Wire總線技術(shù)的溫度傳感器DS18B20功能命令主要有5條。這些命令允許主CPU讀或?qū)慏S18B20的便箋存儲器，開始溫度轉(zhuǎn)換以及決定電源的模式。DS18B20功能命令如下所述。

　　1.溫度轉(zhuǎn)換命令（代碼為44H）使DS18B20開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完畢的溫度數(shù)據(jù)存放在兩個字節(jié)的溫度寄存器中。

　　2.寫便箋存儲器命令（代碼為4EH）允許主CPU 寫3個字節(jié)數(shù)據(jù)到便箋存儲器中。個數(shù)據(jù)字節(jié)被寫入到TH寄存器中，第二個數(shù)據(jù)字節(jié)被寫入到TL寄存器中，第三個數(shù)據(jù)字節(jié)被寫入到組態(tài)寄存器中。數(shù)據(jù)寫入從有效位開始。在主CPU發(fā)出復(fù)位脈沖之前，三個字節(jié)必須被寫完。

　　3.讀便箋存儲器命令（代碼為BEH）允許主CPU 讀出便箋存儲器中的內(nèi)容。數(shù)據(jù)傳輸從字節(jié)0的有效位開始到字節(jié)8.便箋存儲器中的9個字節(jié)內(nèi)容被讀出。其中字節(jié)8為CRC校驗(yàn)碼。如果只需要讀出便箋存儲器中的部分字節(jié)，主CPU可以隨時發(fā)出復(fù)位脈沖終止讀操作。

　　4.拷貝便箋存儲器命令（代碼為48H）將拷貝便箋存儲器字節(jié)2、3、4即TH 、TL和組態(tài)寄存器內(nèi)容到EEPROM.

　　5.從EEPROM重新調(diào)出命令（代碼為B8H）將從EEPROM重新調(diào)出TH 、TL和組態(tài)寄存器內(nèi)容，并將數(shù)據(jù)放置到便箋存儲器字節(jié)2、3、4中。上電時從EEPROM重新調(diào)出命令（代碼為B8H）將會自動執(zhí)行。

　　4. 火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件組成

　　火災(zāi)報警系統(tǒng)由AT89C51,實(shí)時時鐘電路DS1302,鍵盤與顯示電路，RS485通信電路，MAX813L組成的看門狗電路，串行E2PROM存儲器電路等組成，采用多個傳感器測量不同房間內(nèi)的溫度，可以設(shè)置不同房間的報警上限值，可以實(shí)現(xiàn)多個房間對應(yīng)溫度的顯示和報警。

　　火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

圖2 火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件組成圖

　　5. 1-Wire總線技術(shù)數(shù)字溫度傳感器供電方式

　　DS18B20的電源供電有兩種。外部供電方式和寄生電源供電方式。外部供電方式如圖3所示。圖3中引腳 VDD接外部電源。而寄生電源供電方式不需要外部電源如圖4所示。工作于寄生電源供電方式時，VDD和GND 均接地。在需要遠(yuǎn)程溫度檢測和空間受限制時非常有用。圖3中當(dāng)1-Wire總線為高電平時，DS18B20從1-Wire總線上經(jīng)過引腳DQ"偷竊"電源，偷竊的電荷給總線供電。當(dāng)總線為低電平時，存儲在寄生電源電容上的電荷為傳感器供電。當(dāng)DS18B20用于寄生電源供電方式時，VDD必須要接地[1].但是在寄生電源供電方式時，當(dāng)DS18B20執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換和拷貝便箋存儲器內(nèi)容到EEPROM中時，操作電流能夠達(dá)到1.5mA. 此電流能夠?qū)е码妷好黠@下降而使傳感器不能正常工作。為了保證DS18B20有充足的供電電流，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和拷貝便箋存儲器內(nèi)容到EEPROM中時，必須要在總線上提供足夠強(qiáng)的上拉?？梢杂靡粋€MOSFET管來完成對總線的上拉如圖4 所示。一般當(dāng)檢測的溫度超過100℃時，建議不要使用寄生電源供電方式而要用外部供電方式。因?yàn)樵谶@樣高的溫度下，由于高的泄漏電流，DS18B20不可能保持?jǐn)?shù)據(jù)通信。因此在條件允許的情況下，盡量采用外部供電方式。

圖3 DS18B20的外部供電方式

圖4 DS18B20的寄生電源供電方式

　　6. 溫度采集與處理流程圖

　　基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計的火災(zāi)報警系統(tǒng)采用智能溫度傳感器DS18B20,在正確讀出64位序列號之后，需要根據(jù)時序的嚴(yán)格要求，編寫溫度讀取程序。單片機(jī)控制DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換必須按照DS18B20的命令流程。首先執(zhí)行初始化時序，然后單片機(jī)發(fā)出跳過ROM命令（代碼為CCH），此命令針對所有在線DS18B20,單片機(jī)再發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換命令（代碼為44H），啟動DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換。對于12位分辨率還需延時750ms之后。接著再執(zhí)行初始化時序，然后單片機(jī)發(fā)出匹配ROM命令（代碼為55H）并向數(shù)據(jù)線上發(fā)出64位序列號，再發(fā)出讀9個字節(jié)命令（代碼為BEH），就可以讀出智能溫度傳感器DS18B20對應(yīng)序列號完成溫度轉(zhuǎn)換之后的相應(yīng)正確溫度?；贒S18B20的溫度采集與處理流程圖如圖5 所示。

圖5 基于1-Wire技術(shù)的DS18B20溫度采集與處理程序流程圖

　　7.結(jié)束語

　　傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號傳送到采樣電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，為了獲得較高，就必須解決多點(diǎn)測量切換及放大電路零點(diǎn)漂移問題。而1-Wire總線技術(shù)數(shù)字溫度傳感器的出現(xiàn)較好地解決上述問題。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是應(yīng)用1-Wire總線技術(shù)，采用多個數(shù)字溫度傳感器設(shè)計了火災(zāi)報警系統(tǒng)，分析了傳感器供電方式和特性，闡述了數(shù)字溫度傳感器ROM命令和功能命令?；贏T89C51設(shè)計了實(shí)時時鐘顯示電路，鍵盤顯示電路，串行存儲器電路，RS485通信電路，看門狗電路等，闡述了火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件構(gòu)成圖。設(shè)計了溫度采集的流程圖，并編寫程序完成了溫度的正確顯示。1-Wire技術(shù)溫度傳感器DS18B20將溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號以供單片機(jī)處理，在單總線接口上掛接了多個傳感器，直接以一總線的數(shù)字方式傳輸現(xiàn)場溫度，方便地組成分布式多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。使用1-Wire總線技術(shù)數(shù)字溫度傳感器有效地降低成本，使應(yīng)用系統(tǒng)可靠性高而且傳輸距離遠(yuǎn)。目前已經(jīng)較好地應(yīng)用于分布式測溫的火災(zāi)報警系統(tǒng)中。