單總線測溫網(wǎng)絡(luò)

[摘 要]：采用先進(jìn)的單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20設(shè)計了一種低成本的大規(guī)模測溫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并給出了軟硬件設(shè)計方法。由于該系統(tǒng)采用了單總線技術(shù)，溫度信號在測量現(xiàn)場被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，能夠遠(yuǎn)距離測量，具有很高的測量精度和應(yīng)用價值。

[關(guān)鍵詞]：溫室 單總線 控制系統(tǒng)

0引言

在測溫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，采用單總線數(shù)字溫度傳感器芯片 DS18B20 實現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點空氣溫度和土壤溫度的測量，通過單總線驅(qū)動器 DS2480B 輸送給微處理器，系統(tǒng)具有一定智能化。

1 單總線器件及其工作原理

系統(tǒng)主要用到了溫度傳感器 DS18B20和單總線驅(qū)動器 DS2480B。單總線器件內(nèi)部 ROM 中都有光刻的 64位序列號，它是該器件的地址序列碼；64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（DS18B20 為28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，也就是所謂的家族碼，接下來的 48 位是該自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個單總線器件的地址都各不相同，都是唯一的，以便實現(xiàn)一根總線上掛接多個單總線器件。單總線驅(qū)動器 DS2480B 完成到單總線的轉(zhuǎn)換，提高了單總線的驅(qū)動能力。微處理器可以通過控制 DS2480B 驅(qū)動在線所有的單總線器件。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20

DS18B20 是美國 Dallas Semiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器，遵循單線協(xié)議，

其工作原理是利用溫度敏感振蕩器的頻率隨溫度變化的關(guān)系，通過對振蕩周期計數(shù)來實

現(xiàn)溫度測量。其支持 3V～5.5V 的電壓范圍，可以與處理器進(jìn)行雙向數(shù)字通信，測溫度范圍寬（-55℃～+125℃），工作溫度范圍寬（-10℃～+85℃），分辨率高（當(dāng)設(shè)定為 12 位轉(zhuǎn)換模式可以達(dá)到 0.0625℃）。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸。DS18b20 內(nèi)部有 2 個字節(jié) RAM 單元用來存放轉(zhuǎn)換后的溫度值，后1 個字節(jié)為溫度值低8 位的補(bǔ)碼（稱作 A），前 1 個字節(jié)為符號位和溫度值的補(bǔ)碼高 3 位（稱作 B）。

2.2 單總線驅(qū)動器 DS2480B

DS2480B 是從串行接口到 1-Wire 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的橋接器。只要主機(jī)具有普通的串行通信 UART，就可以通過該橋接器產(chǎn)生嚴(yán)格定時和電壓擺率控制的 1-Wire 波形。DS2480B 接受所要發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)，執(zhí)行 1-Wire 操作，并將結(jié)果返回至主機(jī)（詳細(xì)資料間參考文獻(xiàn)[2]）。

2.3 系統(tǒng)原理

考慮到單總線的驅(qū)動能力，采用星型結(jié)構(gòu)，就是在若干個單總線上分別掛若干個單總線

器件。硬件以 AT89C55WD為核心，主要包括按鍵模塊、顯示模塊、信號輸入、控制輸出、時鐘、串口擴(kuò)展和存儲等電路。LED 用來循環(huán)顯示個測量點的參數(shù)，按鍵用來設(shè)置給定參數(shù)，AT24C256 用來存儲各個測量點單總線器件的序列號（測量點的器件地址）及一些重要的參數(shù)。GM 用來擴(kuò)展串口，擴(kuò)展后的三個串口分別用于轉(zhuǎn)換為 1-Wire

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、LED顯示和與上位機(jī)通信。

3 軟件設(shè)計

3.1 總線結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計

在該系統(tǒng)中，多個單總線器件掛于一單總線上，欲想操作任何一個單總線器件，必須首

先獲得該器件的地址，即序列號。獲得器件的地址的方法一般有兩種方法，第一種方法是：

調(diào)試程序時，編寫一單獨程序依次讀出每個測控點器件的地址并存于單片機(jī)程序表格中[3]，但當(dāng)該測控點的某個器件損壞時，需要讀新的單總線器件地址，替換壞器件，并要修改主程序，重新固化主程序；第二種方法是：通過二叉樹算法完成在線所有的單總線器件地址，但系統(tǒng)無法具體確定每個測量點的單總線器件地址。該系統(tǒng)采用依次上電的方法，通過二叉樹算法（見參考文獻(xiàn)[4]）完成每個測量點的在線單總線器件地址，維護(hù)方便，方法如下：

（1）打開測控點1單總線器件電源，關(guān)閉其它測控點電源，通過“Search”鍵啟動在

線搜索地址操作，LED顯示“1” ，表示正在搜索測控點 1 單總線器件的地址。存儲測控點 1單總線器件地址于 AT24C256。

（2）測量點1搜索完畢后，LED顯示“2” ，打開測控點 2單總線器件電源，系統(tǒng)根據(jù)二叉樹算法在線搜索測控點 2 單總線器件的地址，存儲測控點 2 單總線器件地址于AT24C256。

（3）測量點 2 搜索完畢后，LED 顯示“3” ，如有測控點 3，打開測控點單總線器件電源，搜索測控點 3 的器件地址，依次類推；如沒有，按“OK”按鍵。

3.2 抗干擾軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用三種抗干擾方法：

（1）應(yīng)用 AT89C55WD片上看門狗；

（2）采用 CRC 容錯技術(shù)。

4 結(jié)論

本文作者的創(chuàng)新點（軟硬件）：

（1）硬件均為可裁剪結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，各模塊可以不依賴其他模塊獨立運(yùn)行，運(yùn)行方式

既可以自動又可以手動，該系統(tǒng)可以利用 485 異步串行通信總線聯(lián)網(wǎng)，以適應(yīng)各類不同檔次用戶的不同需要，根據(jù)不同組態(tài)，系統(tǒng)既可以適應(yīng)高自動化程度的具有集散特征的大規(guī)模用戶，又可適應(yīng)各類中小散戶應(yīng)用。

（2）現(xiàn)場的單總線結(jié)構(gòu)，所有的信號采集都可以掛在只有兩條導(dǎo)線組成的單總線上，由

于農(nóng)業(yè)溫室各類參數(shù)變化均較緩慢，故可以采用串行分時復(fù)用的方式解決大量現(xiàn)場信息的傳輸問題，這就使得現(xiàn)場前向通道電路結(jié)構(gòu)大大簡化。

參考文獻(xiàn)：

[1]Dallas Semiconductor Data Books.Dallas Semiconductor Corporation 1995

[2]李華驛，汪道輝.應(yīng)用 DS2480 實現(xiàn) RS—232 與單總線的串行接口[J]，微計算機(jī)信息，2002.12：45-46

[3]文哲雄，羅中良.單總線多點分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J]，微計算機(jī)信息，2005.06s：63-65

[4]嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)[M].清華大學(xué)出版社，1998