單總線(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換器在分布式測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘要：介紹DS2480B UART/RS232至單總線(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換器的主要特性、工作原理、接口技術(shù)，并具體闡述DS2480B在農(nóng)業(yè)溫室分布式測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：DS2480B 單總線(xiàn) RS232　 分布式測(cè)控

　　單總線(xiàn)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(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、控制線(xiàn)合為1根信號(hào)線(xiàn)，允許在這根信號(hào)線(xiàn)上掛接數(shù)百個(gè)單總線(xiàn)器件芯片?；趩慰偩€(xiàn)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(lèi)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(lèi)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)目煽啃浴９饪蘎OM的作用是使每個(gè)"單總線(xiàn)"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(xiàn)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(xiàn)上掛接多個(gè)"單總線(xiàn)"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(xiàn)和邏輯電路。芯片的耗電量很小，從總線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)技術(shù)具有節(jié)省I/O口線(xiàn)資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。

表1 引腳功能說(shuō)明

　　DS2480B工作原理框圖如圖2所示。

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(xiàn)提供靜電保護(hù)，如圖3所示。

4 基于DS2480B的單總線(xiàn)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(xiàn)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(hù)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(xiàn)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(mén)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(mén)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(xiàn)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(xiàn)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(xún)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiě)0信號(hào)；③ 寫(xiě)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(xiàn)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(xiàn)芯片進(jìn)行訪(fǎng)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(hù)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(xiàn)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(huà)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(huà)

　　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(lèi)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(huà),釋放單總線(xiàn)

　?。?/P>

結(jié)束語(yǔ)

　　基于DS2480B的單總線(xiàn)分布式測(cè)控系統(tǒng)，具有節(jié)省I/O口線(xiàn)資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)快捷、成本低廉、便于總線(xiàn)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。