現場總線技術在樓宇自動化溫度測控系統中的應用

DS18B20是由DALLAS所生產的基于1-Wire新一代數字溫度傳感器。該系列產品有DS1820、DS1822、DS18S20、DS18B20等，DS18B20性能最好，其溫度轉換數據位數可編程到12位。DS18B20采用3腳TO-92封裝為主，其外形如小功率三極管。因每一個DS18B20都有一個自己特有的64位芯片ID序列號，可以在一條信號線上掛接任意多個數字式傳感器。表1為分辨率0.0625°C時溫度/數字量關系表。2.1DS18B20特點

（1）獨有的1-Wire接口，只需一個端口管腳進行通信；
（2）可簡單構成分布式多分支溫度測量應用系統；
（3）不需要任何外圍元件；
（4）可通過數據線進行寄生電源供電；
（5）測溫范圍為-55~+125℃；
（6）測量精度在-10~+85℃測溫范圍內時為0.5℃；
（7）可編程9~12位數字溫度計，相應分辨率為0.5~0.0625°C，最大轉換時間分別為93.75ms與750ms；
（8）用戶可定義非易失性溫度報警設置及識別。


2.2DS18B20的工作時序與命令

DS18B20采用嚴格的單總線通信協議，以保證數據的完整性。該協議定義了幾種信號類型：復位脈沖、應答脈沖、讀/寫０和讀/寫１。所有這些信號，除了應答脈沖以外，都由主機發出同步信號。命令和數據都是字節的低位在前。單總線系統中主設備首先對DS18B20進行初始化，以確認總線上有DS18B20在線并做好了操作的準備，再可執行ROM功能命令，然后方可執行存儲器功能命令以進行啟動溫度轉換及存儲器操作等控制功能。初始化時序中，主機先通過拉低總線至少480μs，產生復位脈沖信號（Tx），接著主機釋放總線，并進入接收模式（Rx），上拉電阻將單總線拉高；之后，在單總線器件檢測到上升沿后，延時15~60μs，接著通過拉低總線60~240μs，以產生在線應答脈沖。

DSl8B20的ROM功能命令如表2所示。
DSl8B20的存儲器功能命令如表3所示。




3 系統硬件設計
3.1系統網絡組成

本設計中樓宇自動化溫度測控系統的網絡結構如圖2所示。系統選用兩級計算機監控系統，即由上位管理機、LonTalk適配器以及多個智能節點組成。中央PC機控制節點的接口采用Echelon的PCLTA-10PCLonTalk適配卡。該卡是高性能的16位ISA總線LonWorks接口卡，系統中通信介質為雙絞線。網絡采用基于LonWorks總線的網絡模型，節點數量可根據監控的需要進行開放增減。網絡拓撲結構采用總線方式，通信位率設為78.125kbps時，LonWorks總線任意兩節點之間的通信距離可以達到2700m，完全可以滿足樓宇自動化系統的通信要求。上位機通過LonTalk適配器與LonWorks總線相連，用于整個系統的集中監控、管理、分析及網絡通信檢測等。

圖2網絡結構圖

3.2智能溫度節點設計

系統采用基于主機的LonWorks智能節點，如圖3所示。選用ATMEL增強型Flash單片機AT89S52作為主處理器以完成主要的測控任務，其內嵌8kFlashROM，軟硬件上兼容AT89C52，但其最大的特點是集成了ISP接口，可直接在目標板上進行在系統編程，為用戶帶來了極大的方便；單總線上掛接的DS18B20采用外接VCC方式而未用寄生供電，以便除了正常測量各點室溫外，還可在火災初期等異常情況下能準確工作；利用8155擴展I/O，以對顯示、鍵盤、超溫報警等電路進行接口，此外還通過溫控輸出單元對空調機組進行新回風、送排風、噴淋管等閥門進行控制，達到控溫的目的；Neuron芯片采用CYPRESS的CY53120，以其為核心再通過收發器FFT-10A完成LonTalk協議的數據傳輸，并通過事件調度完成用戶定義的各種計算、I/O事件處理及網絡報文處理等功能；收發器通過與Lon網接口負責將節點連入網絡。

圖3智能溫度節點原理框圖