基于单总线的温度实时监控系统(YST)

基于单总线的实时温度监控系统1引言基于数字温度传感器构成的实时监控系统确实具有精度高、抗干扰能力强、电路简单等诸多优点，温度传感器得到电缆长度到达几十米都可以正常读取温度数据，并且已经在站长开发的机房平安监控系统中得到了实际考验，那可是要365天从不间断地对机房及相关设备提供实时温度监控。1.1流程图本系统软件局部采用Delphi来实现初始化、数据采集处理、温度报表管理，其主程序的流程图见图1。图1主程序流程图本系统软件局部共分为3个局部，分别是：1〕初始化程序。a．设置串行通信波特率；b．串行通讯方式的初始化；c．对TO，T1两个计数器的初始化；d．中断控制程序的初始化。此外，还负责从E2PROM中调出以前的采样参数，使器件能够以它采样温度数据。2〕当监控到ONTIME1和NTIME2标记时作相应温度的存储、转换、发送处理。ONTIME1和NTIME2的标记主要有定时电路决定，当到达采样间隔时，做出相应的处理。3〕采用动态显示方式即时显示温度，以节省电路规模，使得整个系统的体积变小。2硬件电路设计在硬件电路设计时，应着重考虑电子器件的供电方式，以及对器件的限压和限流保护。因为本次设计要求利用单总线技术，所以可以考虑使用寄生供电方式。设计的电路图如下。图2基于单总线的温度实时监控系统硬件电路总图2.1软件设计2.1.1设计窗体本次设计要求软件的可视化窗体中包含实时温度显示、数据记录、存储管理和ROM数据，并且能将测得的数据保存到指定的数据库中。窗体界面如下。(a)温度计(b)存储管理(c)数据记录〔d〕存储管理(e)ROM数据图3窗体界面实时温度显示中可以看到当前室温，并且可以显示摄氏温度和华氏温度。数据记录包含温度曲线和温度日志，可以显示一天内的温度变化曲线。存储管理和ROM数据用来对数据库中已经保存的温度数据进行管理，如删除、转移等操作。3元器件的选择3.1主要元器件知识3.1.1 DS18B20DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有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位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

1〕DS18B20的内部结构DS18B20内部结构如图5所示，主要由4局部组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置存放器。DS18B20的管脚排列如图7所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端，在寄生电源接线方式时接地，见图5。图4DS18B20的内部结构图5DS18B20的管脚排列ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码〔CRC=X8＋X5＋X4＋1〕。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。上下温报警触发器TH和TL、配置存放器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置存放器写入。其中配置存放器的格式如下：0R1R011111MSBLSBR1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00〞，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01〞，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10〞，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11〞，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。

高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置存放器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。

2〕DS18B20的工作时序DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图6〔a〕〔b〕〔c〕所示。〔a〕初始化时序〔b〕写时序〔c〕读时序图6DS18B20的工作时序图3〕DS18B20与微处理器的连接DS18B20与微处理器的连接如下列图7所示。〔a〕寄生电源工作方式〔b〕外接电源工作方式图7DS18B20与微处理器的典型连接图3.1.2 DS2480B1〕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5VRS232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，提供标准的、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115.2kbps速率；具有较强的总线驱动能力，通信距离可达300m；可编程下拉摆率控制和有源上拉，工作范围5V，-40~+85℃，8引脚SOIC封装。12312348765RXDTXDPOLVPPGND1-WNCVDD图8DS2480B的封装和引脚DS2480B为8脚贴片式封装，如图8所示。引脚功能如表1所列引脚号引脚名称引脚功能1GND地线21-W单总线输入输出端3NC悬空4VDD4.5～5.5V电压5VPPEPROM编程电压6POLRXD/TXD选择端7TXD发送端8RXD接收端表1引脚功能说明DS2480B工作原理框图如图9所示。图9DS2480B工作原理框图3〕DS2480B与RS232的接口技术：DS2480B与RS232的接口如图10所示。图10DS2480B与RS232的接口图3.2元件清单序号元件个数1PC机串行口UART/RS2321个2转接桥DS2480B1个3数字温度传感器DS18B201个4电容U07HF1个5稳压管2个6二极管M72个7电路板XF071个表2元件清单4学习心得实训结束了，说长也不长，说短也不短，但是确实难熬。因为每天对着一台电脑，机械着制作、调试。测试成功冲动万分，可万一出现一些小问题，那这是像热锅上的蚂蚁，到处乱窜，找老师找同学来帮助解决，虽然实训过程有些苦，中午都是在机房度过，也没好好吃过一顿好午餐，但是收获还是颇丰。每一门专业的学习都需要理论结合实践，只是有时候学校的教学条件受到限制。但是没关系，对于每一次的实训我们都很珍惜，因为每一次我们都有很多的感受，因为这不仅仅是一次实训，也是对于我们各方面能力的培养，也能证明我们自己的实力。这次实训给我的最大的启发就是学习需要灵活应变，学以致用，更要动脑子去思考问题。因为，对于我个人而言，有些程序的代码我还是看得懂的，但是我没有联系到实际。如果我在实训当中能认真的去思考一些问题，并把操作好好调试几遍，我想问题也就会减少很多。也就是说，知识需活学活用，勤学善思，当然，在以后的生活中、学习中也是如此。5参考文献[1]DS18B20ProgrammableResolution1-WireDigitalThermometer[2]DS2480BSerial1-WireLineDriverwithLoadSensor[3]左冬红,谢瑞和.实现单总线搜索ROM命令的一种算法[4]求是科技.单片机典型模块设计实例导航附：源程序清单{------------------------------------------------------------------------------------------------------ procedureTForm1.ReadTemperature2(session_handle:longint);vartsht,i,tmp1:smallint;cr,cpc,tmpf,tmp:Extended;rbuf:array[0..9]ofsmallint;st:longint;CRCByte,xiaxianbyte:Byte;begintmp:=0.00;{accessthedevice}if(TMAccess(session_handle,@StateBuf)=1)thenbegin{SendtherecallE2command(bysetting$B8tooutbyteinTMTouchByte)makesureScratchiscorrect}TMTouchByte(session_handle,$B8);{SendthestartTcommand}if(TMAccess(session_handle,@StateBuf)=1)thenbegin{PreparethestrongpullupafternextTMTouchByte}TMOneWireLevel(session_handle,LEVEL_SET,LEVEL_STRONG_PULL_UP,PRIMED_BYTE);{Sendtheconversioncommand(bysetting$44tooutbyteinTMTouchByte)}TMTouchByte(session_handle,$44);{Sleepforasecond}st:=GetTickCount+1000;While(GetTickCount<st)doTMValidSession(Session_handle);{Disablethestrongpullup}TMOneWireLevel(session_handle,LEVEL_SET,LEVEL_NORMAL,PRIMED_NONE);{verifyconversioniscompletebysetting$01tooutbitinTMTouchBitandcheckthereturnvaluewith1}if(TMTouchBit(session_handle,$01)=$01)thenbegin{Accessdevice}If(TMAccess(session_handle,@StateBuf)=1)thenbegin{Sendreadscratchcommandbysetting$BEtooutbyteinTMTouchByte}TMTouchByte(session_handle,$BE);CRC8:=0;{Readscratch(setting$FFtooutbyteinTMTouchByte)andcheckcrcforeachbyte}fori:=0to7dobeginrbuf[i]:=TMTouchByte(session_handle,$FF);CRCByte:=Byte(rbuf[i]);{thebytetorunthroughCRC8routine}CRC8:=TMCRC(1,@CRCByte,CRC8,0);end;{Checkcrc}CRCByte:=Byte(TMTouchByte(session_handle,$FF));{thebytetorunthroughCRC8routine}CRC8:=TMCRC(1,@CRCByte,CRC8,0);if(CRC8=0)thenbegin{Calculatethetemperaruretsht:=rbuf[0];if((rbuf[1]and$01)=1)thentsht:=tshtor(-256);tmp1:=Round((tsht)/2);tmp:=tmp1;cr:=rbuf[6];cpc:=rbuf[7];if(rbuf[7]<>0)thentmp:=tmp-(0.25)+(cpc-cr)/cpc;}if((rbuf[1]and$F8)=$F8)thenBEGIN//温度为负值ENDELSEBEGIN//温度为正值case(rbuf[4]and$60)of$00:begintmp:=(rbuf[1]and$07)*16+(rbuf[0]and$f8)/16;//9位分辨率fenbianlv2:=9;diwei2:=(rbuf[0]and$f8)/16;end;$20:beginfenbianlv2:=10;tmp:=(rbuf[1]and$07)*16+(rbuf[0]and$fc)/16;//10位分辨率diwei2:=(rbuf[0]and$fc)/16;end;$40:beginfenbianlv2:=11;tmp:=(rbuf[1]and$07)*16+(rbuf[0]and$fe)/16;//11位分辨率diwei2:=(rbuf[0]and$fe)/16;end;$60:beginfenbianlv2:=12;tmp:=(rbuf[1]and$07)*16+rbuf[0]/16;