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

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作者：云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 張佳進(jìn) 楊燕云胡亞東時間：2007-08-21 來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

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　　摘要：介紹DS2480B UART/RS232至單總線協(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)溫室分布式測控系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DS2480B 單總線 RS232　分布式測控

　　單總線技術(shù)是美國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根信號線，允許在這根信號線上掛接數(shù)百個單總線器件芯片?；趩慰偩€的每個芯片內(nèi)部均有1個出廠前被光刻好的64位ROM序列號，它可以看作是該芯片的地址序列碼。開始8位是產(chǎn)品類型標(biāo)號，如DSl8B20為28H，DS2450為20H等；接著的48位是該芯片自身的序列號，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)冗余校驗碼，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。光刻ROM的作用是使每個"單總線"器件的地址都各不相同，這是定位和尋址器件實現(xiàn)單總線測控功能的前提條件，并以此為依據(jù)實現(xiàn)1根總線上掛接多個"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電路。與微處理器的接口非常簡單，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"一點電(空閑時幾μW，工作時幾mW)存儲在片內(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點已把被測信號數(shù)字化了，因此在單總線上傳送的是數(shù)字信號，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)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護(hù)等優(yōu)點，因此，在分布式測控系統(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；

　　◇ 將主機從單總線時序控制中解脫出來，提供規(guī)范的、靈活的和強驅(qū)動的單總線定時；

　　◇ 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；

　　◇ 具有較強的總線驅(qū)動能力，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 引腳功能說明

引腳號	引腳名稱	引腳功能
1	GND	地線
2	1-W	單總線輸入輸出端
3	NC	懸空
4	VDD	4.5～5.5V電壓
5	VPP	EPROM編程電壓
6	POL	RXD/TXD選擇端
7	TXD	發(fā)送端
8	RXD	接收端

　　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，同時有DS9502對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)溫室分布式測控系統(tǒng)設(shè)計

4.1 核心器件介紹

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

　　濕度信號、二氧化碳濃度等信號的檢測，先由相應(yīng)的傳感器和信號調(diào)理電路將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，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)、報警門限電壓等均可編程；每個通道有各自的存儲器以存儲電壓范圍設(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)冗余校驗碼生成器可用于檢測通信的正確性；芯片正常工作時僅消耗2.5 mW功率，空閑情況下消耗25μW。

　　溫室控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)采用開關(guān)量控制，選用可尋址的單總線控制開關(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)動繼電器、晶閘管或固態(tài)繼電器，控制通風(fēng)機、增濕器執(zhí)行機構(gòu)等的開啟與關(guān)閉。

　　對于控制系統(tǒng)中所需要的數(shù)字輸入信號，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，通過條件搜索ROM命令，可以由計算機查詢到該輸入開關(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

　　為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳輸，任一時刻單總線上只能有一個控制信號或數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時應(yīng)符合單總線協(xié)議，計算機對某一測控對象操作時，一般有以下4個過程：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序信號組成，單總線上共有4種時序信號：① 初始化信號（復(fù)位信號）；② 寫0信號；③ 寫1信號；④ 讀信號。軟件設(shè)計時要產(chǎn)生這四種時序信號波形。在單總線系統(tǒng)中，軟件設(shè)計是技術(shù)的關(guān)鍵。簡捷的硬件設(shè)計是靠復(fù)雜的軟件來支撐的。

　　為了提高開發(fā)效率，我們采用了Dallas公司授權(quán)的軟件開發(fā)商(ASDB)提供的免費TMEX軟件開發(fā)工具套件。在TMEX中已包含上述4種時序信號波形程序，編程時可直接調(diào)用。TMEX實際上是一些動態(tài)鏈接庫，包括IBFS32.DLL 、IB97U32.DLL 等文件，提供了對單總線芯片進(jìn)行訪問和控制的函數(shù)。它支持Windows及DOS操作平臺，可以采用C、C++、Delphi、VB等計算機語言開發(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)計精美、生動的界面，既可以看到測控系統(tǒng)的總布局圖，又可查看某個測控現(xiàn)場的狀態(tài)數(shù)據(jù)和指示信號，達(dá)到了現(xiàn)代化、自動化的管理水平。