基于DS1922E的高溫測(cè)量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要： 設(shè)計(jì)了一種基于DS1922E的高溫測(cè)量管理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)整體架構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)，闡述了主機(jī)與DS1922E間通過(guò)1?Wire總線(xiàn)獲取DS1922E的序列碼并且對(duì)其設(shè)置完全訪(fǎng)問(wèn)密碼、準(zhǔn)備和啟動(dòng)一個(gè)溫度采集任務(wù)、主機(jī)停止任務(wù)及讀取DS1922E采集記錄的數(shù)據(jù)的通信過(guò)程，并給出及分析測(cè)試結(jié)果。DS1922E高溫紐扣溫度記錄器可以在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下可靠工作，應(yīng)用前景良好。

關(guān)鍵詞： DS1922E高溫紐扣溫度記錄器； 1?Wire 總線(xiàn)； 初始化數(shù)值； 溫度采集

中圖分類(lèi)號(hào)： TN98?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）12?0118?03

0 引 言

在日常生活中，經(jīng)常需要在超過(guò)100 ℃的高溫、蒸汽量大的惡劣環(huán)境下（如制藥系統(tǒng)）進(jìn)行溫度的采集、管理及監(jiān)控，而傳統(tǒng)的紙質(zhì)溫度記錄器和已開(kāi)發(fā)出的一些溫度測(cè)量模塊很難能在這種惡劣的環(huán)境中可靠地完成溫度的采集，而且它們的使用壽命都比較短[1]。為此本文提出了一種基于DS1922E高溫紐扣溫度記錄器的高溫測(cè)量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[2]。

該系統(tǒng)適合的溫度測(cè)量范圍較寬，能夠解決一些特殊環(huán)境下進(jìn)行高溫測(cè)量的難題，且該系統(tǒng)對(duì)溫度采集數(shù)據(jù)的讀取簡(jiǎn)單、可靠。

1 高溫記錄管理系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 DS1922E高溫紐扣溫度記錄器

DS1922E高溫紐扣溫度記錄器是具有惟一的64位注冊(cè)號(hào)的堅(jiān)固耐用系統(tǒng)，能夠根據(jù)用戶(hù)自定義的等間隔采樣速率（從1 s～273 h）、以8位（0.5 ℃）或11位（0.062 5 ℃）的測(cè)量分辨率在15～140 ℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度的測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果自動(dòng)記錄在內(nèi)部8KB的數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)的記錄格式有8位和16位兩種，15～110 ℃范圍內(nèi)測(cè)溫精度的典型值為±7 ℃，110～140 ℃測(cè)溫精度的典型值為±1.5 ℃，可通過(guò)密碼訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器和控制功能，啟動(dòng)一個(gè)數(shù)據(jù)采集任務(wù)可有三種選擇（立即開(kāi)始、一個(gè)溫度報(bào)警開(kāi)始、一次用戶(hù)定義的延時(shí)開(kāi)始），該iButton溫度記錄器可通過(guò)串行1?Wire協(xié)議實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的通信[3]。

在本設(shè)計(jì)中，在將DS1922E高溫紐扣溫度記錄器放入惡劣環(huán)境中進(jìn)行高溫測(cè)量時(shí)，選用具有較好的阻燃性及抗化學(xué)性能的DS1907作為iButton溫度記錄器的防護(hù)罩[1]。同時(shí)為了通過(guò)測(cè)量容器內(nèi)更多點(diǎn)處的溫度從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)容器的溫度監(jiān)控[4]，選2個(gè)DS1922E高溫紐扣溫度記錄器分布在容器的邊緣處、選1個(gè)放在容器的中央，它們同時(shí)對(duì)容器的不同點(diǎn)進(jìn)行溫度的測(cè)量及記錄。

1.2 讀寫(xiě)頭

在本設(shè)計(jì)中讀寫(xiě)頭采用DS1402D?DR8。DS1402D?DR8可通過(guò)藍(lán)點(diǎn)接受點(diǎn)與DS1922E高溫紐扣溫度記錄器相接，而通過(guò)1?Wire RJ?11與適配器（或接口轉(zhuǎn)換器）相連。該讀寫(xiě)頭可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)DS1922E的讀/寫(xiě)，只要與觸點(diǎn)輕輕接觸，瞬間便可完成。

1.3 適配器（或接口轉(zhuǎn)換器）

適配器（或接口轉(zhuǎn)換器）選用DS9490R。該適配器有支持標(biāo)準(zhǔn)和高速1?Wire的通信，它有一個(gè)RJ?11可與選取的讀寫(xiě)頭DS1402D?DR8相連；而且它還擁有有通信速率高達(dá)到12 Mb/s的USB接口，可實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)簡(jiǎn)便快速地通信。

1.4 溫度記錄管理系統(tǒng)

該溫度管理系統(tǒng)采用裝有驅(qū)動(dòng)軟件和應(yīng)用程序的PC機(jī)。利用PC機(jī)通過(guò)1?Wire協(xié)議對(duì)DS1922E高溫紐扣溫度記錄器進(jìn)行初始化及溫度記錄任務(wù)的設(shè)置；當(dāng)iButton溫度記錄器采集完溫度數(shù)據(jù)后，PC機(jī)又通過(guò)1?Wire協(xié)議快速將其采集到的數(shù)據(jù)讀取，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理[5?6]。

2 主機(jī)與從機(jī)的通信過(guò)程的設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的通信過(guò)程的設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)模塊：主機(jī)獲取DS1922E的序列碼并且對(duì)其設(shè)置完全訪(fǎng)問(wèn)密碼、準(zhǔn)備和啟動(dòng)一個(gè)溫度采集任務(wù)、主機(jī)停止任務(wù)及讀取DS1922E采集記錄的數(shù)據(jù)[7]。下面對(duì)這三個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2.1 主機(jī)獲取各DS1922E的序列碼并且對(duì)其設(shè)置完全訪(fǎng)問(wèn)密碼

主機(jī)通過(guò)發(fā)送讀ROM命令（（命令代碼為33H）分別獲取系統(tǒng)共用3個(gè)DS1922E的64位序列碼，便于對(duì)所用的iButton溫度記錄器進(jìn)行分辨；然后主機(jī)通過(guò)發(fā)送匹配ROM命令（命令代碼為55H）、寫(xiě)暫存器命令（命令代碼為0FH）、復(fù)制暫存器命令（命令代碼為99H）[8]分別對(duì)3個(gè)DS1922E設(shè)置完全訪(fǎng)問(wèn)密碼，這樣保證數(shù)據(jù)的安全性。

2.2 準(zhǔn)備和啟動(dòng)一個(gè)溫度采集任務(wù)

在該通信過(guò)程模塊設(shè)計(jì)中，主要包括3個(gè)步驟：清空前一個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)，初始化，啟動(dòng)一個(gè)新的任務(wù)[8]。

2.2.1 清空前一個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)

2.2.2 初始化

主機(jī)通過(guò)發(fā)送匹配ROM命令（命令代碼為55H）、寫(xiě)暫存器命令（命令代碼為0FH）、復(fù)制暫存器命令（命令代碼為99H）[8]、輸入正確的密碼分別對(duì)各DS1922E中相應(yīng)的寄存器進(jìn)行初始化，初始化的內(nèi)容包括采樣速率的設(shè)定、溫度報(bào)警閾值的設(shè)定、采樣速率方式的選擇、存儲(chǔ)器滿(mǎn)后數(shù)據(jù)處理方式的選擇、溫度數(shù)據(jù)記錄格式的選擇、延時(shí)啟動(dòng)的設(shè)定等。

（1）初始化的設(shè)定

（2）任務(wù)寄存器和啟動(dòng)延時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)置。由于本系統(tǒng)主要是進(jìn)行高溫測(cè)量，且要求較高的測(cè)量分辨率，所以采用16位的數(shù)據(jù)記錄格式，則溫度記錄格式位TLFS=1；選用的啟動(dòng)方式是延時(shí)一些時(shí)間后啟動(dòng)而不用報(bào)警啟動(dòng)，則溫度報(bào)警啟動(dòng)位SUTA=0；存儲(chǔ)器記錄滿(mǎn)后停止記錄且保留已記錄的數(shù)據(jù)，則存儲(chǔ)器滿(mǎn)后數(shù)據(jù)處理方式的選擇RO=0；在整個(gè)任務(wù)的中，要使能溫度記錄，則溫度記錄使能位ETL=1。采用的啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間設(shè)定為20 min，所以啟動(dòng)延時(shí)計(jì)數(shù)器的三個(gè)字節(jié)的值為000014H。

（3）RTC控制寄存器的設(shè)置。采用低速率采樣，故使能高速采樣位EHSS=0，同時(shí)要使能晶振，則EOSC=1。

（4）采樣速率寄存器的設(shè)置。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)容器內(nèi)的溫度采集時(shí)間需要28天，而又由于采用16位的數(shù)據(jù)記錄格式，則8 KB的數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器最多可記錄的數(shù)為4 096個(gè)，為了留出一定的存儲(chǔ)余量，在本設(shè)計(jì)中采樣速率選擇為每10分鐘采樣一個(gè)點(diǎn)，則在這28天內(nèi)記錄的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)能達(dá)到4 032個(gè)。則采樣速率寄存器的低8位為0AH，高8位為00H。

（5）溫度報(bào)警寄存器及溫度報(bào)警使能寄存器的設(shè)置

考慮到系統(tǒng)的實(shí)際溫度變化范圍及DS1922E的溫度測(cè)量范圍，在本設(shè)計(jì)中，選取溫度T的最低值設(shè)為20 ℃、溫度的最高值設(shè)為135 ℃，根據(jù)溫度報(bào)警閾值TALM與溫度T的計(jì)算公式[8]：TALM=2T-28，可得低溫與高溫報(bào)警閾值分別為12（0CH）、242（F2H）。該溫度報(bào)警閾值的設(shè)置，主要是在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)的溫度的變化時(shí)，主機(jī)一旦查詢(xún)到溫度報(bào)警狀態(tài)寄存器中的到有低溫或是高溫報(bào)警狀態(tài)位置1，則說(shuō)明低溫已經(jīng)等于或低于20 ℃或是高溫已經(jīng)等于或高于135 ℃，則需要立即采取措施升溫或是降溫。要實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警，則溫度報(bào)警使能寄存器中的高溫報(bào)警使能位ETHA=1，低溫報(bào)警使能ETLA=1。初始化的通信過(guò)程的設(shè)計(jì)。由于本設(shè)計(jì)中初始化的寄存器都在寄存器頁(yè)1中，為不使地址出現(xiàn)中斷，在0200H～021FH之間忽略的地址單元對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)也依次發(fā)送。在這些單元中除了0211H單元的數(shù)據(jù)規(guī)定為0FCH之外，其余的都發(fā)送空閑數(shù)據(jù)0FFH。其初始化的通信過(guò)程[8?9]如圖2所示。

2.2.3 啟動(dòng)一個(gè)新的任務(wù)

2.3 主機(jī)停止任務(wù)及讀取DS1922E采集記錄的數(shù)據(jù)

3 測(cè)試結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

該iButton溫度記錄器的溫度測(cè)量范圍較寬（15～140 ℃），耐腐蝕，壽命長(zhǎng)，可自動(dòng)完成溫度測(cè)量任務(wù)的啟動(dòng)、數(shù)溫度數(shù)據(jù)的采集與記錄、數(shù)據(jù)的傳輸，與主機(jī)的連接簡(jiǎn)單、使用方便[10]。正是由于DS1922E高溫紐扣（iButton）溫度記錄器的上述優(yōu)點(diǎn)，使得基于該溫度記錄器的高溫測(cè)量管理系統(tǒng)有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉武光.iButton溫度記錄器及其在冷鏈物流中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2009（2）：107?108.

[2] 王祖強(qiáng)，于建華.iButton的工作原理及其特點(diǎn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2003，29（1）：60?61.

[3] Anon. DS1922E [EB/OL]. [2012?05?03]. http：//baike.baidu.com/view/8502695.htm.

[4] 李有兵，林書(shū)句.基于DS18S20的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].硅谷，2012（7）：33?49.

[5] 盧艷宏，馮源.基于1?Wire網(wǎng)絡(luò)的iButton軟件設(shè)計(jì)[J].電腦學(xué)習(xí)，2006（6）：22?23.

[6] 董煒，王俊杰，楊士元.單總線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表，2005，26（6）：27?30.

[7] 趙永杰，徐源.基于DS18B20的溫度測(cè)量系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（10）：157?159.

[8] MAXIM. DS1922E數(shù)據(jù)手冊(cè)[EB/OL].[2009?08?01].http：//www.ic37.com/icasp/pdf_open.asp？id=8120380_327456.

[9] 陳志英，李光輝.單總線(xiàn)（1?Wire Bus）技術(shù)及其應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2003（8）：4?6.

[10] 王天科，李樹(shù)良.新型信息載體iButton的基本原理及開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27（23）：53?55.