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單總線協(xié)議轉換器在分布式測控系統(tǒng)中的應用
摘要：介紹DS2480BUART/RS232至單總線協(xié)議轉換器的主要特性、工作原理、接口技術，并具體闡述DS2480B在農業(yè)溫室分布式測控系統(tǒng)設計中的應用。關鍵詞：DS2480B單總線RS232分布式測控
單總線技術是美國Dallas半導體公司近年推出的新技術。它將地址線、數據線、控制線合為1根信號線，允許在這根信號線上掛接數百個單總線器件芯片�；趩慰偩�的每個芯片內部均有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位是產品類型標號，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，以確保數據傳輸的可靠性。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單總線測控功能的前提條件，并以此為依據實現1根總線上掛接多個"單總線"芯片。芯片內部集成有收發(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字化了，因此在單總線上傳送的是數字信號，這使得系統(tǒng)的抗干擾性能好、可靠性高、傳輸距離遠。
單總線技術具有節(jié)省I/O口線資源、結構簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等優(yōu)點，因此，在分布式測控系統(tǒng)中有著廣泛應用。
1DS2480B主要特性
◇串口UART/RS232至單總線通信協(xié)議的轉接橋，可直接連到UART和5VRS232系統(tǒng)中,支持Dallas全系列單總線器件，如數字溫度傳感器DS18B20、A/D轉換器DS2450等；
◇將主機從單總線時序控制中解脫出來，提供規(guī)范的、靈活的和強驅動的單總線定時；
◇支持標準UART通信，支持9.6（默認）、19.2、57.6和115.2kbps速率；
◇具有較強的總線驅動能力，通信距離可達300m；
◇可編程下拉擺率控制和有源上拉，工作范圍5V，-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1GND地線21-W單總線輸入輸出端3NC懸空4VDD4.5～5.5V電壓5VPPEPROM編程電壓6POLRXD/TXD選擇端7TXD發(fā)送端8RXD接收端
DS2480B工作原理框圖如圖2所示。
3DS2480B與RS232的接口技術
電路應用了串口"竊電"技術，不用外加電源，同時有DS9502對單總線提供靜電保護，如圖3所示。
4基于DS2480B的單總線農業(yè)溫室分布式測控系統(tǒng)設計
4.1核心器件介紹
溫度信號的檢測選用單總線數字溫度計DSl8B20。它利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關系，通過對振蕩周期的計數來實現溫度測量。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轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，典型轉換速度200ms/次；被測溫度用符號擴展的16位二進制補碼數字量方式串行輸出；內部非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器可由用戶設置高、低限報警值。
濕度信號、二氧化碳濃度等信號的檢測，先由相應的傳感器和信號調理電路將其轉換成電壓信號，然后掛接到DS2450上。DS2450是單總線4通道逐次逼近式A/D轉換器，其輸入電壓范圍、轉換精度位數(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置、轉換結果、門限電壓等參數；普通方式下串行通信速率達16.3kbps；片內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2.5mW功率，空閑情況下消耗25μW。
溫室控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構采用開關量控制，選用可尋址的單總線控制開關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，經功率放大，驅動繼電器、晶閘管或固態(tài)繼電器，控制通風機、增濕器執(zhí)行機構等的開啟與關閉。
對于控制系統(tǒng)中所需要的數字輸入信號，可選用DS2401。DS2401是符合單總線協(xié)議的ROM硅片。當外圍電路接通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軟件設計
為了保證數據可靠地傳輸，任一時刻單總線上只能有一個控制信號或數據。進行數據通信時應符合單總線協(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數據交換。每次傳送的數據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（復位信號）；②寫0信號；③寫1信號；④讀信號。軟件設計時要產生這四種時序信號波形。在單總線系統(tǒng)中，軟件設計是技術的關鍵。簡捷的硬件設計是靠復雜的軟件來支撐的。
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行訪問和控制的函數。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)用戶應用程序；它還支持基于DS2480B的串口轉換器DS9097U、DS1410D并行轉換口。因此，可以設計精美、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場的狀態(tài)數據和指示信號，達到了現代化、自動化的管理水平。
下面是用VB6.0開發(fā)工具調用TMEX的API函數，驅動DS2480B進行單總線通信的程序。
......
Dimdmmy,search,resultasinteger
DimMyhandleaslong
State-buffer(15360)asbyte
PrivatedeclarefunctionTMExtendedStartSessionlib"IBFS32.DLL"(ByvalportnumasintegerByvalportTypeasinteger,Byvalreservedasany)aslong
PrivatedeclarefunctionTMsetuplib"IBFS32.DLL"(Byvalsession_handleaslong,state_bufferasbyte)asinteger
PrivatedeclarefunctionTMfirstlib"IBFS32.DLL"(Byvalsession_handleaslong,state_bufferasbyte)asinteger
PrivatedeclarefunctionTMromlib"IBFS32.DLL"(Byvalsession_handleaslong,state_bufferasbyte,romasinteger)asinteger
PrivatedeclarefunctionTMendsessionlib"IBFS32.DLL"(Byvalsession_handleaslong)asinteger
�。�
Myhandle=TMExtendedStartSession(1,5,vbNullstring)
'檢查DS2480B是否準備就緒，準備建立會話注意，針
'對DS2480B，該函數第2個參數必須為５
If(Myhandle>0)then'成功建立會話
Dmmy=TMSetup(Myhandle)'初始化
Search=TMFirst(Myhandle,state_buffer(0))'查找設備，找
'到第1個設備返回"1"
If(search=1)then
ROM[0]=0;'表示讀數據
result=TMRom(session_handle,state_buffer(0),ROM(0));
if(result=1)then
'此時ROM中數據表示該設備的64位ROM序列號，其中
'ROM[0]為器件類型代碼，如ROM(0)=20H表示找到
'DS2450，ROM[7]存放的是8bitCRC
�。�'對找到的設備進行相應操作
�。�
endif
dmmy=TMendsession(Myhandle)'結束會話,釋放單總線
�。�
結束語
基于DS2480B的單總線分布式測控系統(tǒng)，具有節(jié)省I/O口線資源、結構簡單、開發(fā)快捷、成本低廉、便于總線擴展和維護等優(yōu)點，因此有廣闊的應用空間，具有較大的推廣價值。
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