單總線協議轉換器在分布式測控系統中的應用

　　摘要：介紹DS2480B UART/RS232至單總線協議轉換器的主要特性、工作原理、接口技術，并具體闡述DS2480B在農業溫室分布式測控系統設計中的應用。

    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。基于單總線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，這使得系統的抗干擾性能好、可靠性高、傳輸距離遠。

　　單總線技術具有節省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點，因此，在分布式測控系統中有著廣泛應用。

1 DS2480B主要特性

　　◇ 串口UART/RS232至單總線通信協議的轉接橋，可直接連到UART和5V RS232系統中, 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115.2 kbps速率；

　　◇ 具有較強的總線驅動能力，通信距離可達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

　　DS2480B工作原理框圖如圖2所示。

3 DS2480B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的單總線農業溫室分布式測控系統設計

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200 ms/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；內部非揮發的溫度報警觸發器可由用戶設置高、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16.3 kbps；片內16位循環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。

　　溫室控制系統的執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，先觸發光電耦合器，經功率放大，驅動繼電器、晶閘管或固態繼電器，控制通風機、增濕器執行機構等的開啟與關閉。

　　對于控制系統中所需要的數字輸入信號，可選用DS2401。DS2401是符合單總線協議的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。

4.2 系統硬件組成框圖

　　系統硬件組成框圖如圖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。

　　為了提高開發效率，我們采用了Dallas公司授權的軟件開發商(ASDB)提供的免費TMEX軟件開發工具套件。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的總布局圖，又可查看某個測控現場的狀態數據和指示信號，達到了現代化、自動化的管理水平。

　　下面是用VB6.0開發工具調用TMEX的API函數，驅動DS2480B進行單總線通信的程序。

　　......

　　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)

　　'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 8 bit CRC

　　．．．．．．　　　　　　　　　'對找到的設備進行相應操作

　　．．．．．．

　　end if

　　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，具有節省I/O口線資源、結構簡單、開發快捷、成本低廉、便于總線擴展和維護等優點，因此有廣闊的應用空間，具有較大的推廣價值。