基于单总线的冷库温度监控系统毕业设计详细范文

基于单总线的冷库温度监控系统毕业设计详细范文内容摘要：

度传感器 高温度触发 低温度触发 配置寄存器 8位 CRC发生器 供电方式检测 GND VDD I/O 器的第二、三字节中，主机可再读出其中内容进行验证，如果正确，当主机发送复制暂存器命令，暂存器的第二、三字节将被复制到 TH、 TL 中，这样处理有利于确保该数据在单总线上传输的完整性。 暂存存储器作用是在单线通信时确保数据的完整性，它由 8 字节组成 ，头两个字节表示测暂存器结构 EEPROM结构 图 27 内部存储器结构图 得的温度读数，数据格式如下 : MS Byte LS Byte S=1 时表示温度为负， S=0 时表示温度为正，其余低位以二进制补码形式表示，最低位为 1时表示 0. 0625℃ 温度 /数字对应关系如表 21 所示。 表 21 DS18B20温度 /数据对应关系表 温度（ ℃） 输出的二进制码 对应的十六制码 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H CRC BYTE8 暂存器结构 温度低字节 BYTE0 温度高字节 BYTE1 上 限 报 警 温 度 TH BYTE2 下 限 报 警 温 度 TL BYTE3 结 构 寄 存 器 BYTE4 保留 BYTE5 保留 BYTE6 保留 BYTE7 TH TL 结构寄存器 EEPROM 结构 第三、四个字节存放 TH, TL。 每次上电重新更新。 第五个字节是结构寄存器，它主要用于确定温度值的数字转换分辨率。 字节结构如下 : BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 TM=0 R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1， TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。 在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。 其中 R1 和 RO 用来设置分辨率，如表 (DS18B20 出厂时被设置为 12 位 )。 表 DS18B20分辨率设置 表 R1 R0 温度分辨率 最大转换时间 (ms) 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375 1 1 12位 750 第六、七、八个字节保留，当读暂存器时，他们均为 FFH,当执行读暂存器指令时，可以得到第九个字节 .该字节是以上 8 字节的 CRC 码。 (3) DS18B20 的读写时序 由于 DS18B20 的测温分辨率提高了 (12 位 )，因此对时序及电特性参数要求较高，必须严格按照 DS18B20 的时序要求去操作。 与 DS 1820 相同， DS18B20 数据的读写也是由主机读写 特定时间片来完成的，包括初始化、读时间片和写时间片。 主机控制 DS18B20完成任何操作之前必须先初始化，即主机发一复位脉冲〔最短为 480us的低电平 )，接着主机释放总线进入接收状态， DS18B20在检测到 I/0引脚上的上升沿之后，等待 1560us然后发出存在脉冲 (60240)us的低电平 )。 时序图如 28所示。 图 28 DS18B20初始化时序图 读 /写时间片 : 写时间片 :将数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。 有两种类型的写时间片：写 0 时间片和写 1 时间片。 所有的时间片必须有最短为 60us 的 持续期，在各写周期之间必须有最短为 1us 的高电平恢复期时间。 在 I/O线由高电平变为低电平之后 DS18B20 在 15us 到 60us 之内对 I/O 采样。 如果数据线为高电平，则写 1；如果数据线是低电平，则写 0。 对于产生写 1的时间片的情况，数据线必须先被拉至低电平，然后被释放，使数据线在写时间片开始之后的 15us 之内拉至高电平。 对于产生写 0 的时间片的情况，数据线必须被拉至低电平且至少保持低电平 60us。 时序图如图 29所示 . 读时间片 :主机将数据线从高电平拉至低电平 lus 以上，再使数据线升为高电平，从 而产生读起 始信号。 主机在读时间片下降沿之后 15us 内完成读位。 每个读周期最短的持续期为 60us,各个读周期之间也必须有 lus以上的高电平恢复期。 时序图如图 210 所示。 图 29写时间片 图 210读时间片 (4) DS18B20 的命令格式 DS18B20 的命令是靠严格的通信协议来支撑的，为保证数据可靠的传输，同一时 刻单总线上只能有一个控制信号或数据，进行数据通信时一定要符合单总线协议，主机对测控对象操作时，一般有以下四个过程：（ 1）初始化信号；（ 2）发 ROM 命令；（ 3）发 RAM 命令；（ 4）进行数据转换。 其工作流程图如图 211。 图 211 DS18B20的命令流程图 主机对 DS18B20 发送任何命令前，必须先对其进行初始化，只有当 DS18B20 应答准备好以后，主机才可以发操作命令。 ROM 命令代码及其含义： Read ROM（ 33H）：如果只有一片 DS18B20，可以用此命令读出其序列号，若在线的DS18B20 多于一个，将发生冲突。 Match ROM（ 55H）：如果有多个 DS18B20，可以用此命令匹配一个序列号的 DS18B20，此后的 RAM命令就针对该 DS18B20。 主机发送初始化信号 DS18B20发响应信号 主机发 ROM命令 主机发 RAM命令 DS18B20完成相应的命令 DS18B20准备好。 N Y Skip ROM（ CCH）：此命令执行后的 RAM 命令将针对所有 DS18B20。 Search ROM（ F0H）：用以读出所有在线的 DS18B20 的序列号。 Alarm Seaech（ ECH）：当有温度报警时，用以读出报警 DS18B20 的序列号。 RAM 命令代码及其含义： Write Scratchpad（ 4EH）：写报警温度和设置寄存器的内容到存储器中。 Read Scratchpad（ BEH）：读存储器的内容。 Copy Scratchpad（ 48H）：将存储器中的报警温度和设置寄存器的内容拷贝到 EEPROM中。 Convert T（ 44H）：启动在线 DS18B20 进行温度转换。 Recall E2（ B8h）： 将 EEPROM 中的内容拷贝到存储器中。 Read Power Supply（ B4H）： 在此命令发送后的每一个读数间隙，指出电源的模式。 2. 3 DS1820 的单总 线系统构成及其工作原理 DS1820的单总线系统构成 这里 DS18B20 采用寄生电源供电方式，多个 DS1820 直接并接在一条单总线上，所有DS 18B20 的 VDD端都与地线 (GND)相连。 为了保证在有效的时钟周期内，提供足够的电流，当 DS 18B20 处于写存储器操作时，总线上必须有强力的上拉，上拉的开启时间最大为 10U S。 电路中采用个 MOSFET管配合单片机来完成对 DS18B20总线的上拉。 采用寄生电源方式，将 DS18B20 的 VDD 与 GND 接在一起。 如若 VDD 与 GND 脱开未接好，传感器将只 送 +℃的温度值。 由 DS 18B20和数据采集器组成的单总线系统如图 211所示 图 211寄生电源方式 一般测温电缆线采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对接地线与信号线，另一对接 V。 和地线，屏蔽层在源端单点接地。 由此可见，采用 DS18B20 温度传感器的冷库检测系统的测温电缆与热敏电阻测温电缆大不相同，该测温电缆最多只需 3 根导线即可连接多个 DS18B20温度传感器。 最为简洁的结构是利用 DS18B20 可以通过数据线供电的特点，在测温电缆中只放置两根平行的细钢丝绳即可连接多个 DS18B20 温度传感器，这样不 仅使测温电缆的制造简便、成本下降，而且提高了测温电缆的抗拉强度、便于温度传感器的更换。 正是这些特点使得采用 DS18B20 温度传感器的检测系统更适用于冷库的应用环境，可以解决冷库在不需重新安装测温电缆的情况下更换测温电缆内部的温度传感器以及改变温度传感器相对位置。 DS1820的单总线系统工作原理 无论是单点还是多点温度检测，在系统安装及工作之前，要逐个与 DS18B20挂接，读 出其序列号。 其工作过程为。 Tx 发一个脉冲，待 +0 电平大于 480 u S 后，复位 DS 1820，待 DS 1820 所发响应脉 冲由 Rx 接收后， Tx 再发读 ROM 命令代码 33H(低位在前 )，然后发一个脉冲 (15uS),并接着读取 DS 1820 序列号的一位。 用同样方法读取序列号的 56 位。 它分三步完成 :①系统通过反复操作，搜索 DS 18B20 的序列号。 ②启动所有在线DS18B20 做温度检测 :③逐个读出在线 DS18B20 输出的温度数据。 3 硬件电路设计 硬件设计思路 采用 DALLAS 公司的单总线技术，可以构建现场监控网络，这种网络一般称为“微型局域网”（ MicorLAN），网络通过一对总线传输数据、地址和控制信号并可以给从设备提 供电源。 它与当今流行的计算机局域网有本质的不同，后者在每节点上的计算机或外设都自备电源，网线上只传输数据信息，而 MicorLAN 的两根线不仅仅传输数据，还要通过它由主机集中给各节点设备馈送电源。 这样的微型局域网是一种主从式网络，它以 PC 或单片机为网络服务器，这是系统中的主设备，而网上的其它设备全部称为从设备，他们由主设备集中管理，实现主设备和从设备之间的数据通信。 网络规模可大可小，从设备的节点数可从几个到数千个，理论上几乎没有限制。 这种网络结构简单，只需要一对普通双绞线就能组网，从设备无须自备电源，因而 建网快、成本低，最适合现场应用。 在上一章已经全面介绍了 DALLAS 公司的数字温度传感器 DS18B20，它是单总线器件，它使用的是 1Wire 总线，在这我们只要用一个串口 UART/RS232 至单总线通信协议的转接桥，就可以实现本设计的要求。 在这选用了将具有 TXD (发送 )和 RXD (接收 )线路的 5V 串行通信直接接口至 1Wire 总线的 DS2480B 芯片。 通用串口至单总线接口芯片 DS2480B DS2480B 是一种串口至 1Wire 的接口芯片，支持标准和高速两种模式。 它可以直接连至UART 或 5V 的 RS232 系统。 与 RS232C (177。 12V 电平 )相接时，还需要一个无源箝位电路和一个 5V 电平至 177。 12V 电平的转换电路。 DS2480B 内部带有定时器，因此主机就不再需要产生 1Wire 通信所需的要求严格的时序波形。 而在 DS9097(U)中，主机必须为每一个1Wire 时隙发送一个完整的字符。 比较而言， DS2480B 则是将每个字符转换成 8个 1Wire时隙，因此大大地提高了数据的吞吐量。 另外， DS2480B 可以采用四种不同的通信速率，分别为 、 、 ， 其中 是系统上电后默认的通信速率。 来自主机的晶振源 UART 的命令码充当时钟基准，不断地校准时钟发生器。 DS2480B 采用独特的通信协议，合并数据和控制信息，而无需控制引脚，这样就保证了通用串口至无线转换器的兼容性，允许更容易实现 1Wire 接口转换。 DS2480B 的多种控制功能针对 MicroLAN 1Wire 网络进行了优化，支持当前所有 1Wire 器件，包括：加密 iButton、 EPROM、 EEPROM 器件以及 1Wire 温度计等特殊要求。 DS2480B主要特性 (1) 串 口 UART/RS232 至单总线通信协议的转接桥，可直接连到 UART 和 5V RS232 系 统中 , 支持 Dallas 全系列单总线器件，如数字温度传感器 DS18B A/D 转换器 DS2450等； (2) 将主机从单总线时序控制中解脱出来，提供规范的、灵活的和强驱动的单总线定时； (3) 支持标准 UART 通信，支持 （默认）、 、 和 kbps 速率； (4) 具有较强的总线驱动能力，通信距离可达 300 m； (5) 可编程下拉摆率控制和有源上拉，工作范围 5 V， 40 ℃ — +85 ℃， 8引脚 SOIC封装。 DS2480B的引脚封装与引脚功能 (1) 8 引脚 SOIC 封装如图。