在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)中，精準(zhǔn)且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸是構(gòu)建智能系統(tǒng)的核心。通過本文，開發(fā)者不僅能掌握規(guī)避常見陷阱的方法，還能學(xué)習(xí)如何利用Air780EPM的硬件特性與LuatOS的靈活A(yù)PI設(shè)計，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的OneWire通信，大幅提升項(xiàng)目開發(fā)效率。

一、LuatOS 及 OneWire 說明

LuatOS 支持 OneWire 通信協(xié)議，本文以 DS18B20 溫度傳感器和 Air780EPM 搭配來舉例說明；

二、關(guān)于 DS18B20 溫度傳感器

在 DS18B20 溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用中，需特別注意其單總線（1-Wire）協(xié)議特性及硬件設(shè)計。

以下是分硬件和軟件的詳細(xì)注意事項(xiàng)：

(一) 硬件注意事項(xiàng)

電源模式選擇

寄生供電模式： 若使用寄生供電（VDD 接地，數(shù)據(jù)線供電），需在強(qiáng)上拉（通過 MOSFET）時提供足夠電流（典型 1mA）。溫度轉(zhuǎn)換期間必須保持強(qiáng)上拉，否則數(shù)據(jù)可能丟失。

獨(dú)立供電模式： 推薦優(yōu)先選擇獨(dú)立電源（3.0-5.5V），可避免寄生供電的時序復(fù)雜性，穩(wěn)定性更高。

上拉電阻配置

單總線需接4.7kΩ 上拉電阻（標(biāo)準(zhǔn)值，5V 系統(tǒng)常用），長距離通信可適當(dāng)減小阻值（如 2.2kΩ）。

錯誤示例：未接上拉電阻會導(dǎo)致總線無法拉高，通信失敗。

布線設(shè)計

總線長度建議< 50 米（實(shí)際應(yīng)用中通常 <20 米），過長會引入電容效應(yīng)，導(dǎo)致信號邊沿延遲。

避免與高頻信號線平行走線，減少電磁干擾（EMI）。

接地優(yōu)化

確保傳感器與 MCU 共地，必要時采用星型接地，防止地環(huán)路干擾。

在工業(yè)環(huán)境中，可增加磁珠或隔離器抑制共模噪聲。

電源濾波

在 VDD 引腳并聯(lián)100nF 陶瓷電容，濾除高頻噪聲。

長線纜供電時，可增加 10μF 電解電容緩沖。

多器件連接

每個 DS18B20 有唯一 64 位 ROM ID，需通過搜索算法（如樹狀搜索）識別多個設(shè)備。

總線掛載設(shè)備數(shù)受驅(qū)動能力限制，一般不超過50 個。

ESD 防護(hù)

在易受靜電干擾的環(huán)境中，數(shù)據(jù)線串聯(lián)100Ω 電阻并并聯(lián) TVS 二極管（如 SMAJ5.0A）。

(二) 軟件注意事項(xiàng)

嚴(yán)格的時序控制

單總線協(xié)議對時序敏感，需精確控制復(fù)位脈沖（480-960μs）、應(yīng)答時隙（15-60μs）及讀寫時隙（1-15μs）。

錯誤處理與重試機(jī)制

每次操作前檢查總線是否存在短路（持續(xù)低電平）。

若讀取的 CRC 校驗(yàn)失敗，需重試 3-5 次，避免偶發(fā)干擾。

溫度轉(zhuǎn)換時間管理

轉(zhuǎn)換時間與分辨率相關(guān)（9 位：93.75ms，12 位：750ms），需在CONVERT T命令后等待足夠時間。

CRC 校驗(yàn)強(qiáng)制啟用

始終驗(yàn)證讀取數(shù)據(jù)的 CRC8 校驗(yàn)碼，防止錯誤數(shù)據(jù)被誤用。

示例校驗(yàn)函數(shù)需優(yōu)化為查表法以提高效率。

多設(shè)備枚舉

使用遞歸搜索算法遍歷總線上的所有 ROM ID，需處理沖突和分支選擇。

溫度精度校準(zhǔn)

若需要高精度，可進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)：冰水混合物（0°C）和沸水（100°C）環(huán)境下的數(shù)據(jù)修正。

(三) 常見問題與解決

傳感器無響應(yīng)

檢查上拉電阻是否虛焊，總線是否對地/電源短路。

用示波器觀察總線波形，確認(rèn)復(fù)位脈沖是否合規(guī)。

溫度值跳變

增加軟件濾波（如滑動平均濾波）。

檢查電源電壓波動，確保轉(zhuǎn)換期間供電穩(wěn)定。

長距離通信失敗

改用屏蔽雙絞線，降低波特率（減少時序敏感性）。

使用總線驅(qū)動器（如 DS2480B）增強(qiáng)驅(qū)動能力。

(四) 推薦設(shè)計流程

硬件設(shè)計 → 2. 單設(shè)備基礎(chǔ)通信測試 → 3. CRC 校驗(yàn)驗(yàn)證 → 4. 多設(shè)備枚舉 → 5. 抗干擾測試（如開關(guān)電源噪聲注入）→ 6. 長期穩(wěn)定性測試。

通過系統(tǒng)化設(shè)計，DS18B20 可在-55°C 至 +125°C 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) ±0.5°C 精度（典型值）。

三、Air780EPM 硬件適配說明

Air780EPM 共支持 4 路 OneWire 接口，默認(rèn)使用 Air780EPM 第 23 管腳

1、Air780EPM 的 IO 電平默認(rèn) 3.0V，當(dāng) DS18B20 是 2.8V-3.3V 供電時，OneWire 信號線不需要電平轉(zhuǎn)換，可以直連；

2、Air780EPM LuatOS OneWire 協(xié)議，雖然有 4 個管腳可以復(fù)用，但硬件通道只有 1 個，大家在設(shè)計時：

3、默認(rèn)使用管腳 23(GPIO2)，結(jié)合 OneWire 協(xié)議的 ROM Search，根據(jù)各自的 ROM ID，實(shí)現(xiàn)多個 DS18B20 數(shù)據(jù)的讀取；

4、使用管腳 23 和另外 3 個管腳，實(shí)現(xiàn)最多 4 個 DS18B20 的獨(dú)立連接，這種情況下注意：由于 Air780EPM 只有 1 路 OneWire 硬件通道，軟件讀取時需要“分時輪詢操作”

四、Air780EPM 軟件適配說明

接線說明:

注意:

1、OneWire 功能支持在 Air780EPM 的 4 個管腳使用, 但硬件通道只有 1 個, 默認(rèn)是 GPIO2(管腳號 PIN23)

2、如需切換到其他管腳, 參考如下切換邏輯, 選其中一種

具體代碼參考 demo/onewire 運(yùn)行截圖

五、Air780EPM 開發(fā)板調(diào)試說明

我們以支持 CAN 接口和以太網(wǎng)接口版本的 Air780EPM 開發(fā)板舉例說明。

1、如果使用外部電源給 DS18B20 供電，請確保外部電源與開發(fā)板共地連接；

2、GPIO2(Air780EPM 模組管腳 PIN23)已在 Air780EPM 開發(fā)板頂部 46PIN 插針連接器的 PIN14 引出，非常方便調(diào)試，但仍需特別注意的是： GPIO2(Air780EPM 模組管腳 PIN23)在 Air780EPM 開發(fā)板上已經(jīng)作為控制攝像頭供電 LDO 啟動的 GPIO 使用，調(diào)試時需要將該部分電路的 R19 和 R29 用熱風(fēng)槍吹掉；

審核編輯 黃宇