基于单总线数字温度计DSl8B20实现分布式测控系统的设计

作者：张佳进；杨燕云

单总线技术是美国Dallas半导体公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线合为1根信号线，允许在这根信号线上挂接数百个单总线器件芯片。基于单总线的每个芯片内部均有1个出厂前被光刻好的64位ROM序列号，它可以看作是该芯片的地址序列码。开始8位是产品类型标号，如DSl8B20为28H，DS2450为20H等;接着的48位是该芯片自身的序列号，用以保证在同类芯片中的唯一性;最后8位是前面56位的循环冗余校验码，以确保数据传输的可靠性。光刻ROM的作用是使每个“单总线”器件的地址都各不相同，这是定位和寻址器件实现单总线测控功能的前提条件，并以此为依据实现1根总线上挂接多个“单总线”芯片。芯片内部集成有收发控制电路和电源存储电路。与微处理器的接口非常简单，可节省大量的引线和逻辑电路。芯片的耗电量很小，从总线上“偷”一点电（空闲时几μW，工作时几mW）存储在片内的电容中就可正常工作，一般不用另附电源。最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化了，因此在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性能好、可靠性高、传输距离远。

1、 DS2480B主要特性

◇ 串口UART/RS232至单总线通信协议的转接桥，可直接连到UART和5V RS232系统中， 支持Dallas全系列单总线器件，如数字温度传感器DS18B20、A/D转换器DS2450等;
◇ 将主机从单总线时序控制中解脱出来，提供规范的、灵活的和强驱动的单总线定时;
◇ 支持标准UART通信，支持9.6（默认）、 19.2、57.6和115.2 kbps速率;
◇ 具有较强的总线驱动能力，通信距离可达300 m;
◇ 可编程下拉摆率控制和有源上拉，工作范围 5 V，-40 ～ +85 ℃，8引脚SOIC封装。

2、 引脚说明及原理框图

DS2480B为8脚贴片式封装，如图1所示。引脚功能如表1所列。

3 、DS2480B与RS232的接口技术

电路应用了串口“窃电”技术，不用外加电源，同时有DS9502对单总线提供静电保护，如图3所示。

4 、基于DS2480B的单总线农业温室分布式测控系统设计

4.1 核心器件介绍

温度信号的检测选用单总线数字温度计DSl8B20。它利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，通过对振荡周期的计数来实现温度测量。DSl8B20采用3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为 -55～+125 ℃，可编程为9～12位 A/D转换精度，测温分辨率可达 0.0625 ℃，典型转换速度200 ms/次;被测温度用符号扩展的16位二进制补码数字量方式串行输出;内部非挥发的温度报警触发器可由用户设置高、低限报警值。

湿度信号、二氧化碳浓度等信号的检测，先由相应的传感器和信号调理电路将其转换成电压信号，然后挂接到DS2450上。DS2450是单总线4通道逐次逼近式A/D转换器，其输入电压范围、转换精度位数（2～6位）、报警门限电压等均可编程;每个通道有各自的存储器以存储电压范围设置、转换结果、门限电压等参数;普通方式下串行通信速率达16.3 kbps;片内16位循环冗余校验码生成器可用于检测通信的正确性;芯片正常工作时仅消耗2.5 mW功率，空闲情况下消耗25μW。

温室控制系统的执行机构采用开关量控制，选用可寻址的单总线控制开关DS2405，由它送出1位0或1作为控制码信息，先触发光电耦合器，经功率放大，驱动继电器、晶闸管或固态继电器，控制通风机、增湿器执行机构等的开启与关闭。

对于控制系统中所需要的数字输入信号，可选用DS2401。DS2401是符合单总线协议的ROM硅片。当外围电路接通DS2401后，通过条件搜索ROM命令，可以由计算机查询到该输入开关量的状态。

4.2 系统硬件组成框图

系统硬件组成框图如图4所示。

4.3 软件设计

为了保证数据可靠地传输，任一时刻单总线上只能有一个控制信号或数据。进行数据通信时应符合单总线协议，计算机对某一测控对象操作时，一般有以下4个过程：① 初始化;② 传送ROM命令;③ 传送RAM命令;④ 数据交换。每次传送的数据或命令是由一系列的时序信号组成，单总线上共有4种时序信号：① 初始化信号（复位信号）;② 写0信号;③ 写1信号;④ 读信号。软件设计时要产生这四种时序信号波形。在单总线系统中，软件设计是技术的关键。简捷的硬件设计是靠复杂的软件来支撑的。

为了提高开发效率，我们采用了Dallas公司授权的软件开发商（ASDB）提供的免费TMEX软件开发工具套件。在TMEX中已包含上述4种时序信号波形程序，编程时可直接调用。TMEX实际上是一些动态链接库，包括IBFS32.DLL 、IB97U32.DLL 等文件，提供了对单总线芯片进行访问和控制的函数。它支持Windows及DOS操作平台，可以采用C++、C++、Delphi、VB等计算机语言开发用户应用程序;它还支持基于DS2480B的串口转换器DS9097U、DS1410D并行转换口。因此，可以设计精美、生动的界面，既可以看到测控系统的总布局图，又可查看某个测控现场的状态数据和指示信号，达到了现代化、自动化的管理水平。

下面是用VB6.0开发工具调用TMEX的API函数，驱动DS2480B进行单总线通信的程序。

。..。..
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）
‘检查DS2480B是否准备就绪，准备建立会话注意，针
‘对DS2480B，该函数第2个参数必须为5
If （Myhandle》0） then ‘成功建立会话
Dmmy=TMSetup（Myhandle） ‘初始化
Search=TMFirst（Myhandle，state_buffer（0）） ‘查找设备，找
‘到第1个设备返回“1”
If （search=1） then
ROM［0］ = 0; ‘表示读数据
result = TMRom（session_handle， state_buffer（0）， ROM（0））;
if （result = 1） then
‘此时ROM中数据表示该设备的64位ROM序列号，其中
‘ ROM［0］为器件类型代码，如ROM（0）=20H 表示找到
‘ DS2450， ROM［7］ 存放的是 8 bit CRC
。..。..‘对找到的设备进行相应操作
。..。..
end if
dmmy= TMendsession（Myhandle） ‘结束会话，释放单总线
。..。..

结束语

基于DS2480B的单总线分布式测控系统，具有节省I/O口线资源、结构简单、开发快捷、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点，因此有广阔的应用空间，具有较大的推广价值。