基于單總線的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)(YST).doc

課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書(shū) 專 用 紙基于單總線的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)1 引言基于數(shù)字溫度傳感器構(gòu)成的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)確實(shí)具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，溫度傳感器得到電纜長(zhǎng)度達(dá)到幾十米都可以正常讀取溫度數(shù)據(jù)，并且已經(jīng)在站長(zhǎng)開(kāi)發(fā)的機(jī)房安全監(jiān)控系統(tǒng)中得到了實(shí)際考驗(yàn)，那可是要365天從不間斷地對(duì)機(jī)房及相關(guān)設(shè)備提供實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控。1.1 流程圖本系統(tǒng)軟件部分采用Delphi來(lái)實(shí)現(xiàn)初始化、數(shù)據(jù)采集處理、溫度報(bào)表管理，其主程序的流程圖見(jiàn)圖1。 圖1主程序流程圖本系統(tǒng)軟件部分共分為3個(gè)部分，分別是：1）初始化程序。a設(shè)置串行通信波特率；b串行通訊方式的初始化；c對(duì)TO，T1兩個(gè)計(jì)數(shù)器的初始化；d中斷控制程序的初始化。此外，還負(fù)責(zé)從E2PROM 中調(diào)出以前的采樣參數(shù)，使器件能夠以它采樣溫度數(shù)據(jù)。2） 當(dāng)監(jiān)控到ONTIME1和NTIME2標(biāo)記時(shí)作相應(yīng)溫度的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、發(fā)送處理。ONTIME1和NTIME2的標(biāo)記主要有定時(shí)電路決定，當(dāng)?shù)竭_(dá)采樣間隔時(shí)，做出相應(yīng)的處理。3）采用動(dòng)態(tài)顯示方式即時(shí)顯示溫度，以節(jié)省電路規(guī)模，使得整個(gè)系統(tǒng)的體積變小。2 硬件電路設(shè)計(jì)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮電子器件的供電方式，以及對(duì)器件的限壓和限流保護(hù)。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)要求利用單總線技術(shù)，所以可以考慮使用寄生供電方式。設(shè)計(jì)的電路圖如下。圖2 基于單總線的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路總圖2.1軟件設(shè)計(jì)2.1.1設(shè)計(jì)窗體本次設(shè)計(jì)要求軟件的可視化窗體中包含實(shí)時(shí)溫度顯示、數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)管理和ROM數(shù)據(jù)，并且能將測(cè)得的數(shù)據(jù)保存到指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。窗體界面如下。(a)溫度計(jì) (b)存儲(chǔ)管理(c) 數(shù)據(jù)記錄（d）存儲(chǔ)管理(e)ROM數(shù)據(jù)圖3 窗體界面實(shí)時(shí)溫度顯示中可以看到當(dāng)前室溫，并且可以顯示攝氏溫度和華氏溫度。數(shù)據(jù)記錄包含溫度曲線和溫度日志，可以顯示一天內(nèi)的溫度變化曲線。存儲(chǔ)管理和ROM數(shù)據(jù)用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)保存的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，如刪除、轉(zhuǎn)移等操作。3 元器件的選擇3.1主要元器件知識(shí)3.1.1DS18B20DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 1） DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖7所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端，在寄生電源接線方式時(shí)接地，見(jiàn)圖5。圖4 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5 DS18B20的管腳排列ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8X5X41）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。例如125的數(shù)字輸出為07D0H，25.0625的數(shù)字輸出為0191H，25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，55的數(shù)字輸出為FC90H。 高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫(xiě)入。其中配置寄存器的格式如下：0 R1 R0 1 1 1 1 1 MSBLSBR1、R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0=“00”，9位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器。開(kāi)始兩個(gè)字節(jié)包含被測(cè)溫度的數(shù)字量信息；第3、4、5字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時(shí)拷貝，每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新；第6、7、8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)保證通信正確。 2） DS18B20的工作時(shí)序DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，如圖6（a）（b）（c）所示。（a）初始化時(shí)序（b）寫(xiě)時(shí)序（c）讀時(shí)序圖6 DS18B20的工作時(shí)序圖3） DS18B20與微處理器的連接DS18B20與微處理器的連接如下圖7所示。（a）寄生電源工作方式（b）外接電源工作方式圖7 DS18B20與微處理器的典型連接圖3.1.2DS2480B1） DS2480B主要特性串口UART/RS232至單總線通信協(xié)議的轉(zhuǎn)接橋，可直接連到UART和5V RS232系統(tǒng)中, 支持Dallas全系列單總線器件，如數(shù)字溫度傳感器DS18B20、A/D轉(zhuǎn)換器DS2450等；將主機(jī)從單總線時(shí)序控制中解脫出來(lái)，提供規(guī)范的、靈活的和強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的單總線定時(shí)；支持標(biāo)準(zhǔn)UART通信，支持9.6（默認(rèn)）、19.2、57.6和115.2 kbps速率；具有較強(qiáng)的總線驅(qū)動(dòng)能力，通信距離可達(dá)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。12348765RXDTXDPOLVPPGND1-WNCVDD2）管腳圖及引腳說(shuō)明圖8 DS2480B的封裝和引腳DS2480B為8腳貼片式封裝，如圖8所示。引腳功能如表1所列引腳號(hào)引腳名稱引 腳 功 能1GND地線21-W單總線輸入輸出端3NC懸空4VDD4.55.5V電壓5VPPEPROM編程電壓6POLRXD/TXD選擇端7TXD發(fā)送端8RXD接收端表1 引腳功能說(shuō)明DS2480B工作原理框圖如圖9所示。圖9 DS2480B工作原理框圖3） DS2480B與RS232的接口技術(shù)：DS2480B與RS232的接口如圖10所示。 圖10 DS2480B與RS232的接口圖 3.2元件清單序號(hào)元件個(gè)數(shù)1PC機(jī)串行口UART/RS2321 個(gè)2轉(zhuǎn)接橋DS2480B1 個(gè)3數(shù)字溫度傳感器DS18B201 個(gè)4電容U07HF1 個(gè)5穩(wěn)壓管2 個(gè)6二極管M72 個(gè)7電路板X(qián)F071 個(gè) 表2 元件清單4 學(xué)習(xí)心得實(shí)訓(xùn)結(jié)束了，說(shuō)長(zhǎng)也不長(zhǎng)，說(shuō)短也不短，但是的確難熬。因?yàn)槊刻鞂?duì)著一臺(tái)電腦，機(jī)械著制作、調(diào)試。測(cè)試成功激動(dòng)萬(wàn)分，可萬(wàn)一出現(xiàn)一些小問(wèn)題，那這是像熱鍋上的螞蟻，到處亂竄，找老師找同學(xué)來(lái)幫忙解決，雖然實(shí)訓(xùn)過(guò)程有些苦，中午都是在機(jī)房度過(guò)，也沒(méi)好好吃過(guò)一頓好午餐，但是收獲還是頗豐。每一門(mén)專業(yè)的學(xué)習(xí)都需要理論結(jié)合實(shí)踐，只是有時(shí)候?qū)W校的教學(xué)條件受到限制。但是沒(méi)關(guān)系，對(duì)于每一次的實(shí)訓(xùn)我們都很珍惜，因?yàn)槊恳淮挝覀兌加泻芏嗟母惺?，因?yàn)檫@不僅僅是一次實(shí)訓(xùn)，也是對(duì)于我們各方面能力的培養(yǎng)，也能證明我們自己的實(shí)力。這次實(shí)訓(xùn)給我的最大的啟發(fā)就是學(xué)習(xí)需要靈活應(yīng)變，學(xué)以致用，更要?jiǎng)幽X子去思考問(wèn)題。因?yàn)?，?duì)于我個(gè)人而言，有些程序的代碼我還是看得懂的，但是我沒(méi)有聯(lián)系到實(shí)際。如果我在實(shí)訓(xùn)當(dāng)中能認(rèn)真的去思考一些問(wèn)題，并把操作好好調(diào)試幾遍，我想問(wèn)題也就會(huì)減少很多。也就是說(shuō)，知識(shí)需活學(xué)活用，勤學(xué)善思，當(dāng)然，在以后的生活中、學(xué)習(xí)中也是如此。5 參考文獻(xiàn)1 DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer2 DS2480B Serial 1-Wire Line Driver with Load Sensor3 左冬紅,謝瑞和.實(shí)現(xiàn)單總線搜索ROM命令的一種算法4 求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航附：源程序清單- procedure TForm1.ReadTemperature2(session_handle : longint);var tsht, i, tmp1 : smallint; cr,cpc, tmpf,tmp : Extended; rbuf : array0.9 of smallint ; st : longint; CRCByte ,xiaxianbyte: Byte;begin tmp := 0.00; access the device if (TMAccess(session_handle,StateBuf)= 1) then begin Send the recall E2 command (by setting $B8 to outbyte in TMTouchByte) make sure Scratch is correct TMTouchByte(session_handle, $B8); Send the start T command if (TMAccess(session_handle,StateBuf) = 1) then begin Prepare the strong pullup after next TMTouchByte TMOneWireLevel(session_handle,LEVEL_SET,LEVEL_STRONG_PULL_UP, PRIMED_BYTE); Send the conversion command (by setting $44 to outbyte in TMTouchByte) TMTouchByte(session_handle, $44); Sleep for a second st := GetTickCount + 1000; While (GetTickCount st) do TMValidSession(Session_handle); Disable the strong pullup TMOneWireLevel(session_handle, LEVEL_SET,LEVEL_NORMAL,PRIMED_NONE); verify conversion is complete by setting $01 to outbit in TMTouchBit and check the return value with 1 if (TMTouchBit(session_handle,$01) = $01) then begin Access device If (TMAccess(session_handle,StateBuf) = 1 ) then begin Send read scratch command by setting $BE to outbyte in TMTouchByte TMTouchByte(session_handle,$BE); CRC8 := 0; Read scratch (setting $FF to outbyte in TMTouchByte) and check crc for each byte for i := 0 to 7 do begin rbufi:= TMTouchByte(session_handle, $FF); CRCByte := Byte(rbufi); the byte to run through CRC8 routine CRC8 := TMCRC(1, CRCByte, CRC8, 0); end; Check crc CRCByte := Byte(TMTouchByte(session_handle, $FF); the byte to run through CRC8 routine CRC8 := TMCRC(1, CRCByte, CRC8, 0); if ( CRC8 = 0 ) then begin Calculate the temperarure tsht := rbuf0; if (rbuf1 and $01)= 1) then tsht := tsht or (-256); tmp1 := Round(tsht)/2); tmp := tmp1; cr := rbuf6; cpc := rbuf 7; if (rbuf7 0) then tmp := tmp - (0.25) + (cpc-cr)/cpc; if (rbuf1 and $F8)= $F8) then BEGIN/溫度為負(fù)值 END ELSE BEGIN/溫度為正值 case (rbuf4 and $60) of $00: begin tmp:=(rbuf1 and $07)*16+(rbuf0 and $f8)/16;/9位分辨率 fenbianlv2 :=9; diwei2 :=(rbuf0 and $f8)/16; end; $20: begin fenbianlv2 :=10; tmp:=(rbuf1 and $07)*16+(rbuf0 and $fc)/16;/10位分辨率 diwei2 :=(rbuf0 and $fc)/16; end; $40: begin fenbianl