单总线协议转换器在分布式测控系统中的应用

摘要：介绍DS2480B UART/RS232至单总线协议转换器的主要特性、工作原理、接口技术，并具体阐述DS2480B在农业温室分布式测控系统设计中的应用。 关键词：DS2480B 单总线 RS232　 分布式测控 单总线技术是美国Dallas半导体公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线合为1根信号线，允许在这根信号线上挂接数百个单总线器件芯片。基于单总线的每个芯片内部均有1个出厂前被光刻好的64位ROM序列号，它可以看作是该芯片的地址序列码。 开始8位是产品类型标号，如DSl8B20为28H，DS2450为20H等；接着的48位是该芯片自身的序列号，用以保证在同类芯片中的唯一性；最后8位是前面56位的循环冗余校验码，以确保数据传输的可靠性。光刻ROM的作用是使每个"单总线"器件的地址都各不相同，这是定位和寻址器件实现单总线测控功能的前提条件，并以此为依据实现1根总线上挂接多个"单总线"芯片。芯片内部集成有收发控制电路和电源存储电路。与微处理器的接口非常简单，可节省大量的引线和逻辑电路。芯片的耗电量很小，从总线上"偷"一点电(空闲时几μW，工作时几mW)存储在片内的电容中就可正常工作，一般不用另附电源。最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化了，因此在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性能好、可靠性高、传输距离远。 　　单总线技术具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点，因此，在分布式测控系统中有着广泛应用。 1 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5V RS232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，提供规范的、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115.2 kbps速率； ◇ 具有较强的总线驱动能力，通信距离可达300 m； ◇ 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。 2 引脚说明及原理框图 DS2480B为8脚贴片式封装，如图1所示。引脚功能如表1所列。 表1 引脚功能说明 引脚号 引脚名称 引脚功能 1 GND 地线 2 1-W 单总线输入输出端 3 NC 悬空 4 VDD 4.5～5.5V电压 5 VPP EPROM编程电压 6 POL RXD/TXD选择端 7 TXD 发送端 8 RXD 接收端 DS2480B工作原理框图如图2所示。 3 DS2480B与RS232的接口技术 电路应用了串口"窃电"技术，不用外加电源，同时有DS9502对单总线提供静电保护，如图3所示。 4 基于DS2480B的单总线农业温室分布式测控系统设计 4.1 核心器件介绍 　　温度信号的检测选用单总线数字温度计DSl8B20。它利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，通过对振荡周期的计数来实现温度测量。DSl8B20采用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"12位 A/D转换精度，测温分辨率可达 0.0625 ℃，典型转换速度200 ms/次；被测温度用符号扩展的16位二进制补码数字量方式串行输出；内部非挥发的温度报警触发器可由用户设置高、低限报警值。 　　湿度信号、二氧化碳浓度等信号的检测，先由相应的传感器和信号调理电路将其转换成电压信号，然后挂接到DS2450上。DS2450是单总线4通道逐次逼近式A/D转换器，其输入电压范围、转换精度位数(2"6位)、报警门限电压等均可编程；每个通道有各自的存储器以存储电压范围设置、转换结果、门限电压等参数；普通方式下串行通信速率达16.3 kbps；片内16位循环冗余校验码生成器可用于检测通信的正确性；芯片正常工作时仅消耗2.5 mW功率，空闲情况下消耗25μW。 　　温室控制系统的执行机构采用开关量控制，选用可寻址的单总线控制开关DS2405，由它送出1位0或1作为控制码信息，先触发光电耦合器，经功率放大，驱动继电器、晶闸管或固态继电器，控制通风机、增湿器执行机构等的开启与关闭。 　　对于控制系统中所需要的数字输入信号，可选用DS2401。DS2401是符合单总线协议的ROM硅片。当外围电路接通DS2401后，通过条件搜索ROM命令，可以由计算机查询到该输入开关量的状态。 4.2 系统硬件组成框图 系统硬件组成框图如图4所示。 4.3 软件设计 　　为了保证数据可靠地传输，任一时刻单总线上只能有一个控制信号或数据。进行数据通信时应符合单总线协议，计算机对某一测控对象操作时，一般有以下4个过程：① 初始化；② 传送ROM命令；③ 传送RAM命令；④ 数据交换。每次传送的数据或命令是由一系列的时序信号组成，单总线上共有4种时序信号：① 初始化信号（复位信号）；② 写0信号；③ 写1信号；④ 读信号。软件设计时要产生这四种时序信号波形。在单总线系统中，软件设计是技术的关键。简捷的硬件设计是靠复杂的软件来支撑的。 　　为了提高开发效率，我们采用了Dallas公司授权的软件开发商(ASDB)提供的免费TMEX软件开发工具套件。在TMEX中已包含上述4种时序信号波形程序，编程时可直接调用。TMEX实际上是一些动态链接库，包括IBFS32.DLL 、IB97U32.DLL 等文件，提供了对单总线芯片进行访问和控制的函数。它支持Windows及DOS操作平台，可以采用C、C++、Delphi、VB等计算机语言开发用户应用程序；它还支持基于DS2480B的串口转换器DS9097U、DS1410D并行转换口。因此，可以设计精美、生动的界面，既可以看到测控系统的总布局图，又可查看某个测控现场的状态数据和指示信号，达到了现代化、自动化的管理水平。 　　下面是用VB6.0开发工具调用TMEX的API函数，驱动DS2480B进行单总线通信的程序。 ...... 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) "检查DS2480B是否准备就绪，准备建立会话注意，针 "对DS2480B，该函数第2个参数必须为５ If (Myhandle>0) then "成功建立会话 Dmmy=TMSetup(Myhandle) "初始化 Search=TMFirst(Myhandle,state_buffer(0)) "查找设备，找 "到第1个设备返回"1" If (search=1) then ROM[0] = 0; "表示读数据 result = TMRom(session_handle, state_buffer(0), ROM(0)); if (result = 1) then "此时ROM中数据表示该设备的64位ROM序列号，其中 " ROM[0]为器件类型代码，如ROM(0)=20H 表示找到 " DS2450， ROM[7] 存放的是 8 bit CRC ．．．．．．　　　　　　　　　"对找到的设备进行相应操作 ．．．．．． end if dmmy= TMendsession(Myhandle) "结束会话,释放单总线 ．．．．．． 结束语 　　基于DS2480B的单总线分布式测控系统，具有节省I/O口线资源、结构简单、开发快捷、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点，因此有广阔的应用空间，具有较大的推广价值。