基于單總線數(shù)字溫度計(jì)DSl8B20實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單總線技術(shù)是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)。它將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接數(shù)百個(gè)單總線器件芯片?；趩慰偩€的每個(gè)芯片內(nèi)部均有1個(gè)出廠前被光刻好的64位ROM序列號(hào)，它可以看作是該芯片的地址序列碼。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，如DSl8B20為28H，DS2450為20H等;接著的48位是該芯片自身的序列號(hào)，用以保證在同類芯片中的唯一性;最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。光刻ROM的作用是使每個(gè)“單總線”器件的地址都各不相同，這是定位和尋址器件實(shí)現(xiàn)單總線測(cè)控功能的前提條件，并以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)1根總線上掛接多個(gè)“單總線”芯片。芯片內(nèi)部集成有收發(fā)控制電路和電源存儲(chǔ)電路。與微處理器的接口非常簡(jiǎn)單，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。芯片的耗電量很小，從總線上“偷”一點(diǎn)電（空閑時(shí)幾μW，工作時(shí)幾mW）存儲(chǔ)在片內(nèi)的電容中就可正常工作，一般不用另附電源。最可貴的是這些芯片在檢測(cè)點(diǎn)已把被測(cè)信號(hào)數(shù)字化了，因此在單總線上傳送的是數(shù)字信號(hào)，這使得系統(tǒng)的抗干擾性能好、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)。

單總線技術(shù)具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在分布式測(cè)控系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用。

1、 DS2480B主要特性

◇ 串口UART/RS232至單總線通信協(xié)議的轉(zhuǎn)接橋，可直接連到UART和5V RS232系統(tǒng)中， 支持Dallas全系列單總線器件，如數(shù)字溫度傳感器DS18B20、A/D轉(zhuǎn)換器DS2450等;

◇ 將主機(jī)從單總線時(shí)序控制中解脫出來(lái)，提供規(guī)范的、靈活的和強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的單總線定時(shí);

◇ 支持標(biāo)準(zhǔn)UART通信，支持9.6（默認(rèn)）、 19.2、57.6和115.2 kbps速率;

◇ 具有較強(qiáng)的總線驅(qū)動(dòng)能力，通信距離可達(dá)300 m;

◇ 可編程下拉擺率控制和有源上拉，工作范圍 5 V，-40 ～ +85 ℃，8引腳SOIC封裝。

2、 引腳說(shuō)明及原理框圖

DS2480B為8腳貼片式封裝，如圖1所示。引腳功能如表1所列。

3 、DS2480B與RS232的接口技術(shù)

電路應(yīng)用了串口“竊電”技術(shù)，不用外加電源，同時(shí)有DS9502對(duì)單總線提供靜電保護(hù)，如圖3所示。

4 、基于DS2480B的單總線農(nóng)業(yè)溫室分布式測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 核心器件介紹

溫度信號(hào)的檢測(cè)選用單總線數(shù)字溫度計(jì)DSl8B20。它利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關(guān)系，通過(guò)對(duì)振蕩周期的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。DSl8B20采用3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測(cè)量范圍為 -55～+125 ℃，可編程為9～12位 A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) 0.0625 ℃，典型轉(zhuǎn)換速度200 ms/次;被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)字量方式串行輸出;內(nèi)部非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器可由用戶設(shè)置高、低限報(bào)警值。

濕度信號(hào)、二氧化碳濃度等信號(hào)的檢測(cè)，先由相應(yīng)的傳感器和信號(hào)調(diào)理電路將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后掛接到DS2450上。DS2450是單總線4通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其輸入電壓范圍、轉(zhuǎn)換精度位數(shù)（2～6位）、報(bào)警門限電壓等均可編程;每個(gè)通道有各自的存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)電壓范圍設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果、門限電壓等參數(shù);普通方式下串行通信速率達(dá)16.3 kbps;片內(nèi)16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼生成器可用于檢測(cè)通信的正確性;芯片正常工作時(shí)僅消耗2.5 mW功率，空閑情況下消耗25μW。

溫室控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用開(kāi)關(guān)量控制，選用可尋址的單總線控制開(kāi)關(guān)DS2405，由它送出1位0或1作為控制碼信息，先觸發(fā)光電耦合器，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)繼電器、晶閘管或固態(tài)繼電器，控制通風(fēng)機(jī)、增濕器執(zhí)行機(jī)構(gòu)等的開(kāi)啟與關(guān)閉。

對(duì)于控制系統(tǒng)中所需要的數(shù)字輸入信號(hào)，可選用DS2401。DS2401是符合單總線協(xié)議的ROM硅片。當(dāng)外圍電路接通DS2401后，通過(guò)條件搜索ROM命令，可以由計(jì)算機(jī)查詢到該輸入開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。

4.2 系統(tǒng)硬件組成框圖

系統(tǒng)硬件組成框圖如圖4所示。

4.3 軟件設(shè)計(jì)

為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳輸，任一時(shí)刻單總線上只能有一個(gè)控制信號(hào)或數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)應(yīng)符合單總線協(xié)議，計(jì)算機(jī)對(duì)某一測(cè)控對(duì)象操作時(shí)，一般有以下4個(gè)過(guò)程：① 初始化;② 傳送ROM命令;③ 傳送RAM命令;④ 數(shù)據(jù)交換。每次傳送的數(shù)據(jù)或命令是由一系列的時(shí)序信號(hào)組成，單總線上共有4種時(shí)序信號(hào)：① 初始化信號(hào)（復(fù)位信號(hào)）;② 寫0信號(hào);③ 寫1信號(hào);④ 讀信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)時(shí)要產(chǎn)生這四種時(shí)序信號(hào)波形。在單總線系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)是技術(shù)的關(guān)鍵。簡(jiǎn)捷的硬件設(shè)計(jì)是靠復(fù)雜的軟件來(lái)支撐的。

為了提高開(kāi)發(fā)效率，我們采用了Dallas公司授權(quán)的軟件開(kāi)發(fā)商（ASDB）提供的免費(fèi)TMEX軟件開(kāi)發(fā)工具套件。在TMEX中已包含上述4種時(shí)序信號(hào)波形程序，編程時(shí)可直接調(diào)用。TMEX實(shí)際上是一些動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，包括IBFS32.DLL 、IB97U32.DLL 等文件，提供了對(duì)單總線芯片進(jìn)行訪問(wèn)和控制的函數(shù)。它支持Windows及DOS操作平臺(tái)，可以采用C、C++、Delphi、VB等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)用戶應(yīng)用程序;它還支持基于DS2480B的串口轉(zhuǎn)換器DS9097U、DS1410D并行轉(zhuǎn)換口。因此，可以設(shè)計(jì)精美、生動(dòng)的界面，既可以看到測(cè)控系統(tǒng)的總布局圖，又可查看某個(gè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和指示信號(hào)，達(dá)到了現(xiàn)代化、自動(dòng)化的管理水平。

下面是用VB6.0開(kāi)發(fā)工具調(diào)用TMEX的API函數(shù)，驅(qū)動(dòng)DS2480B進(jìn)行單總線通信的程序。

。..。..

Dim dmmy，search， result as integer

Dim Myhandle as long

State-buffer（15360） as byte

Private declare function TMExtendedStartSession lib “IBFS32.DLL”

（Byval portnum as integer Byval portType as integer， Byval reserved as any）

as long

Private declare function TMsetup lib “IBFS32.DLL”（Byval session_handle as long

，state_buffer as byte） as integer

Private declare function TMfirst lib “IBFS32.DLL” （Byval session_handle as long，

state_buffer as byte） as integer

Private declare function TMrom lib “IBFS32.DLL” （Byval session_handle as long，

state_buffer as byte，rom as integer） as integer

Private declare function TMendsession lib “IBFS32.DLL”

（Byval session_handle as long） as integer

。..。..

Myhandle= TMExtendedStartSession（1，5，vbNullstring）

‘檢查DS2480B是否準(zhǔn)備就緒，準(zhǔn)備建立會(huì)話注意，針

‘對(duì)DS2480B，該函數(shù)第2個(gè)參數(shù)必須為5

If （Myhandle》0） then ‘成功建立會(huì)話

Dmmy=TMSetup（Myhandle） ‘初始化

Search=TMFirst（Myhandle，state_buffer（0）） ‘查找設(shè)備，找

‘到第1個(gè)設(shè)備返回“1”

If （search=1） then

ROM［0］ = 0; ‘表示讀數(shù)據(jù)

result = TMRom（session_handle， state_buffer（0）， ROM（0））;

if （result = 1） then

‘此時(shí)ROM中數(shù)據(jù)表示該設(shè)備的64位ROM序列號(hào)，其中

‘ ROM［0］為器件類型代碼，如ROM（0）=20H 表示找到

‘ DS2450， ROM［7］ 存放的是 8 bit CRC

。..。..‘對(duì)找到的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)操作

。..。..

end if

dmmy= TMendsession（Myhandle） ‘結(jié)束會(huì)話，釋放單總線

。..。..

結(jié)束語(yǔ)

基于DS2480B的單總線分布式測(cè)控系統(tǒng)，具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)快捷、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此有廣闊的應(yīng)用空間，具有較大的推廣價(jià)值。

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