基于DS18B20的MOA温度远程监控系统设计

金属氧化物避雷器（MOA） 是防止供电系统和用电设备免受雷电危害的主要设施， 一旦出现故障， 不但失去应有的防雷作用， 且可能带来供电事故。因而为确保MOA正常发挥作用， 需要在线监测MOA的运行状态。以MOA阀片温度作为故障特征量， 设计了基于DS18B20和AT89S52单片机的实时温度监测系统。研究表明， 该系统结构合理， 方法正确， 可满足应用需求， 大幅度减少了MOA维护成本。

避雷器监测中， 几乎所有需要测量的变量， 包括在正常电压及过电压下的能量吸收， 及由于老化和受潮产生的功耗， 都会影响MOA 阀片的温度。温度不仅是其实际工作状况的间接检测， 而且是避雷器本身的精确运行参数。MOA 的温度是各种影响参数共同作用的结果， 避雷器的能量吸收能力是由温度确定的。正常运行条件下， MOA吸收能量损耗， 温度变化很小， 出现过电压时， 温度可能暂时会有所上升， 但会慢慢恢复。在MOA 老化或受潮时， 温度会逐步上升，温度不仅是其实际工作状况的间接反映， 而且是各种影响参数共同作用的结果。在持续运行电压下MOA过热直接与能量损失相关， 而与运行电压的质量及外界干扰等无直接关系。因此， MOA 阀片的温度是判别其是否工作在（热）稳定状态的重要特征量。有限元法对MOA的热特性分析表明， MOA的接地端温度能反映MOA阀片的热量分布状态， 只要获得MOA 的接地端温度， 就可以判断MOA 的当前工作状态。

论文设计的MOA温度在线监测系统， 以DS18B20为温度传感器， AT89S52单片机为控制单元， 同时通过RS- 485总线与PC 机进行通信， 具有远程温度监测能力和远程报警能力。

1 DS18B20简介

1. 1 DS18B20

系统采用DALLAS半导体公司生产的单线数字式温度传感器DS18B20 监测MOA 接地端温度。

DS18B20 通过对其内部温度系统振荡器输出的脉冲信号计数来测量温度， 并在芯片内部把温度信号转换成串行数字信号供微处理器处理， 它具有体积小、抗干扰能力强、使用简单等特点。芯片的测温范围为- 50 ~ 125 , 可精确到01625 ; 其工作电源既可以远端引入， 也可以以寄生方式产生； 每个芯片都有自己单独的识别编码， 因而在一条总线上可挂接多个DS18B20 芯片； 由于它占用微处理器的端口少， 可节省大量的引线和逻辑电路， 适合于远距离多点温度检测。

在进行多点测温时， 由于传感器与数据采集系统有一定的距离， 电磁干扰、信号衰减等问题会造成数据传输错误。DS18B20 内部提供CRC 冗余校验码，传输过程中系统具有一定的容错能力， 在纠错范围内， 就可以对错误的数据进行纠正， 提高抗干扰能力和加大传输距离； 当错误超出纠错范围时， 也可以识别出错误的数据进行重新采集， 从而提高采集数据的可信度。DSl8B20的内部结构图如图1所示。

图1 DS l8B20内部结构图

1. 2 单线（ 1-W ire）技术

单总线（ 1-Wire）技术是近年来由美国Da llas半导体公司研发的一种总线技术。与SPI、I2C 等多种标准串行数据通信方式不同， 它采用单根信号线传输时钟和数据， 以其具有的节约I/O 资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点越来越多的被广泛应用于民用电器、工业控制领域。

单总线适用于单个主机（Master）控制一个或多个从机（ Slave）设备的系统。当只有一个从机设备时， 系统可按单节点系统操作， 当有多个从机设备时， 系统可按多节点系统操作。与其它如并行、串行及专用总线相比， 单总线突出的特点是主机控制器件的地址线、数据线和控制线合成为一条信号线与从机设备进行双向的数据交换。所以在有多路多个测控对象时， 系统的布线简单、方便。但是较小的硬件开销需要相对复杂的软件设计进行补偿。

经过单线接口访问单总线器件有严格的单总线命令序列如下：

每次访问单总线器件， 都必须严格遵守这个命令序列。如果出现序列混乱， 则单总线器件不会响应主机。