【正文】 本系統(tǒng)采用第一種辦法，采用內(nèi)置了防錯(cuò)偏置功能的 ADAM4520 模塊。具體實(shí)現(xiàn)有兩種辦法，第一種辦法是采用已經(jīng)內(nèi)置了防錯(cuò)偏置（ FailSafe）功能的芯片或模塊；第二種辦法是在原有電路基礎(chǔ)上附加兩個(gè)偏置電阻，其典型電路如圖 45 所示。以本系統(tǒng)為例，線路距離按 計(jì)算， 5 類雙絞線傳播速度取最小值 *C，那么線路傳輸延時(shí)是 *10179。任何形式的波在傳輸過(guò)程中如果遇到媒質(zhì)不均勻的地方就會(huì)發(fā)生反射。由于本系統(tǒng)總線傳輸距離長(zhǎng)（超過(guò) 1km），所以我在組建 RS485 網(wǎng)絡(luò)時(shí)考慮了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題并在硬件上和軟件設(shè)計(jì)上采取了相應(yīng)措施。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 30 由于 RS485 總線采用平衡發(fā)送和差公接收，有抑制共模干擾的能力。接收端電路的基本原理及差分輸入信號(hào)波形如圖 42 所示。測(cè)溫層總線的總線控制器 BM 用 51 系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 在實(shí)際應(yīng)用中需注意合理安排單片機(jī) RAM 空間，因?yàn)槊恳粋€(gè) DS1820 的 ROM 號(hào)需占用 8 個(gè)字節(jié)，再加上該 DS1820 的總線號(hào)碼共 9 個(gè)字節(jié)。 圖 316 多路讀取溫度模塊的流程和圖 315 有明顯不同。原因是單片機(jī)內(nèi)部 RAM 空間。 BM 在MicroLAN 總線層里實(shí)現(xiàn)的主要功能是（ 1）命令 DS1820 轉(zhuǎn)換溫度成數(shù)字量；（ 2）讀取數(shù)字溫度到 RAM 中。這樣每個(gè) BM 可以測(cè)量多達(dá) 192 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度。由于 8 線開(kāi)關(guān)，故最多有 256 個(gè)不同的單片機(jī)地址。由于 DALLAS 公司有為 DS1820 開(kāi)發(fā)專用的總線控制器，我們本著自主開(kāi)發(fā)、簡(jiǎn)單實(shí)用的精神研制了自己的總線控制器。對(duì)于讀取 ROM 號(hào)操作，發(fā)現(xiàn)校驗(yàn)錯(cuò)誤， BM會(huì)重發(fā)讀 ROM 命令，直到讀取正確為止。原來(lái)第4 位和引 3 位移到第 3 和第 2 位的位置。當(dāng)前 7 個(gè)字節(jié)的 ROM 號(hào)都移入該寄存器后，寄存器里保留值就是生成的 CRC 校驗(yàn)?？紤]到這一點(diǎn)， MicroLAN 總線協(xié)議只采用 8位 CRC 校驗(yàn)，比較容易用軟件實(shí)現(xiàn)，哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 21 也不會(huì)造成太大的時(shí)間開(kāi)銷。在 5V電源進(jìn)線處加濾波電容 47181。以 30 米電纜長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算，總電容約為 1500pF，每個(gè) DS1820 負(fù)載電容最大不超過(guò) 25pF，當(dāng)總線上掛接 24 個(gè) DS1820 時(shí)的總負(fù)載電容是 600pF，上拉電阻取 ，上升時(shí)間計(jì)算如下： t 上升 =ln(5/())*(1500pF+600pF)*≈ 當(dāng)上拉電阻取最大值 5KΩ時(shí)，上升時(shí)間為： t 上升 =ln(5/())*(1500pF+600pF)*5k≈ 可見(jiàn) 5 類無(wú)屏蔽雙絞線可以滿足讀 1 時(shí)序的要求。s 才能發(fā)送數(shù)據(jù)，所以從 0 到 1 的最大容許上升時(shí)間是 14181。雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。 建立可靠的 MicroLAN 上一節(jié)我以 DS1820 這個(gè)典型器件為例介紹了 MicroLAN 總線。s 內(nèi)始終保持有效。對(duì)于 BM 產(chǎn)生寫 1時(shí)間片的情況，數(shù)據(jù)線必須先拉至邏輯低電平，然后釋放，使數(shù)據(jù)線在寫時(shí)間片開(kāi)始之后的 15181。s的低電平信號(hào)，作為存在脈沖響應(yīng)。 DS1820有非常嚴(yán)格的時(shí)序，時(shí)序主要規(guī)定了傳輸和接收每一位數(shù)據(jù)的格式?？偩€上的器件越多，上拉電阻壓降就越大。但是如果 R取值太小，就會(huì)使 DS1820 內(nèi)部的 MOSFET 由于 IOL最大不能超過(guò) 10mA，所以從保護(hù)單片機(jī)的方面來(lái)看 R的值也不能取得太小。為了使 DS1820 能夠精確地進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)必須供應(yīng)足夠的電能。由 Vdd 引腳代電的連接電路圖和圖 36基本一致，只是在 DS1820的 Vdd 引腳上額外施加了 5V 電源。它的功能是通知總線上只有一個(gè) DS1820 的情況，初始化還可以判斷這個(gè) DS1820 是否存在，但這對(duì)于總線上有多個(gè) DS1820 的情況不適用?？偩€控制器首先復(fù)位總線，過(guò)程是總線控制器將總線拉到低電平并保持到少480181。 拷貝高速斬存器命令（命令字 48H）拷貝 TH、 TL 兩個(gè)臨時(shí)裝入字段的值以 EEPROM里。 DS1820 包含高速暫存器（ RAM）和 EEPROM 兩種可寫存儲(chǔ)器，前面已做這介紹。 跳過(guò) ROM 命令（命令字 CCH）建立一點(diǎn)（ BM）對(duì)多點(diǎn)（ DS1820）的通信。 ROM 號(hào)就 這個(gè) DS1820 的“姓名”，當(dāng)有多個(gè) DS1820以及其他 1Wire 器件掛接在 MicroLAN 上，以 ROM 號(hào)作為網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)的地址。 ROM功能相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)尋址。這樣可以在現(xiàn)場(chǎng)而不通過(guò)上位 PC 檢測(cè)到溫度報(bào)警并且作反應(yīng)。最后值得注意的是緩存的第 9 個(gè)字節(jié)，他可以用一個(gè)“讀高速暫存存儲(chǔ)器”命令讀出。 表 31 給出了直接讀取溫度（ ℃分辨率）和計(jì)算出的高分辨率溫度值的關(guān)系。這樣就實(shí)哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 12 現(xiàn)了 ℃ 的分辨率。開(kāi)門時(shí)間是指計(jì)數(shù)器 B 從初始值計(jì)數(shù)到 0 所用的時(shí)間。溫度轉(zhuǎn)換哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 11 成數(shù)字量的典型時(shí)間為 200MS。類型號(hào)（ Family Code）代表著 1Wire 器件的種類。總線控制器首先復(fù)位總線，過(guò)程是總線控制哭將總線拉到低電平并至少保持 480181。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 10 BMRXRDATA5VParasitepowerTMRETURN 圖 31 寄生電源工做原理圖 從圖中可以看出，每個(gè) 1Wire 器件都有內(nèi)置的半波整流橋連接到數(shù)據(jù)線上。例如，為了寫一位 1到 1Wire 設(shè)備，總線控制器需要將總線拉低并保持 15μ s 或更少；而要寫一位 0,則需要總線控制器將總線拉低并至少保持 60μ s。例如工作在 以上的 8051 和裝備在 。 隨后，提出將 DS1820 應(yīng)用在此 MicroLAN 總線上組成倉(cāng)內(nèi)測(cè)溫層，并設(shè)計(jì)了該總線層的關(guān)鍵設(shè)備 — 總線控制器 BM。 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器采用研華公司的 ADDM4520 模塊。 倉(cāng)內(nèi)測(cè)溫層總線的總線控制器 BM 由我們自行開(kāi)發(fā)研制。有了先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線的思路筆明確的目標(biāo)，具體的操作便事半功倍了。第 1， 2 項(xiàng)特性和第 3， 4 項(xiàng)特性的實(shí)現(xiàn)是相互依存的。模擬信號(hào)的傳遞需要一對(duì)一的物理連接，信號(hào)變化緩慢，信號(hào)的抗干擾能力差。用總線結(jié)構(gòu)來(lái)代替集散結(jié)構(gòu)會(huì)使系統(tǒng)的效能發(fā)揮更好。 第 5 章是本論文的重點(diǎn)，分別對(duì)倉(cāng)內(nèi)測(cè)溫層總線，溫度傳輸層總線和用戶應(yīng)用層進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 為達(dá)到以上 4 個(gè)目標(biāo)，我們提出了新型數(shù)字溫度采集系統(tǒng)的方案，并為 這個(gè)方案實(shí)施找到技術(shù)上的支持。 (4)系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性差。 然而，隨著第二化糧庫(kù)溫度采集系統(tǒng)的使用，其缺點(diǎn)也慢慢暴露出來(lái)。這種辦法應(yīng)用于只有二，三百個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的小型糧庫(kù)，還勉強(qiáng)可 以，但是工作量大，效率低下；而且倉(cāng)庫(kù)的現(xiàn)場(chǎng)塵污染嚴(yán)重，危害測(cè)溫人的身體健康。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 4 第 一 章 緒論 項(xiàng)目背景與意義 糧食在不適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸鹊膬?chǔ)藏條件下會(huì)發(fā)霉并不斷擴(kuò)散，造成極大的浪費(fèi)。這里就涉及到糧食保存的問(wèn)題。本系統(tǒng)采用 DALLS公司的新型數(shù)字溫度傳感器 DS1820。它集測(cè)量溫度，報(bào)警監(jiān)測(cè)，和數(shù)據(jù)通信多種功能于一體，并且兼容于 DALLAS 公司提出的 MicroLAN 總線，可以很方便的組成底層總線。對(duì)于糧食，如果不妥善保存，就會(huì)發(fā)霉，變質(zhì)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因?yàn)樽冑|(zhì)而損失的糧食多達(dá) 100 億斤。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)也是一個(gè)難題。人們期待著更好的系統(tǒng)。當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)容，增加測(cè)溫點(diǎn)時(shí)往往需要增加分線器和比較多的布線。 (1)選擇 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS1820 作為數(shù)字溫度傳感器，檢測(cè)誤差在 0～ 70℃范圍內(nèi)不超過(guò) ℃。 第 3 章 說(shuō)明 MicroLAN 總線的基本概念，特點(diǎn)和協(xié)議約定，接著重點(diǎn)介紹 DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器 DS1820，對(duì)它的性能指標(biāo)，工作原理，通信協(xié)議做重點(diǎn)描述。基于這種考慮，本章接下來(lái)將介紹新型數(shù)字溫度采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各部分之間的聯(lián)系，給出結(jié)構(gòu)框圖并引入雙層總線的概念。數(shù)字信號(hào)克服了這些缺陷，抗干擾能力強(qiáng)。現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展在很大程度上得益于智能儀表的出現(xiàn)。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 7 具體方案 溫度傳感器的選擇是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。它的功能是對(duì)總線上所有DS1820 發(fā)布命令和接收數(shù)據(jù)。根據(jù) RS485 總線標(biāo)準(zhǔn)的要求，一個(gè) RS485 總線上最多可以掛接 32 個(gè)負(fù)載單元。 MicroLAN 現(xiàn)場(chǎng)總線以其優(yōu)越的性能越來(lái)越受到人們的青睞，各大公司為了追求利潤(rùn)紛紛推出自憶的總線產(chǎn)品?？偩€控制器需要的軟件可以由用戶編寫代碼，也可以購(gòu)買 DASSAS 公司提供的產(chǎn)品。我們不需要給 1Wire 設(shè)備傳遞 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，因?yàn)槊總€(gè) 1Wire設(shè)備都由它內(nèi)部的晶震提供時(shí)鐘，而且這種內(nèi)部時(shí)鐘與總線控制器的下降沿保持同步。當(dāng)總線控制器 BM 輸出 1 時(shí)，數(shù)據(jù)總線被上拉電阻 R 拉到高電平。s 之后釋放總線，然后搜尋線上掛接的 1Wire 器件發(fā)出的響應(yīng)脈沖。比如 DS1820 的類型號(hào)是 10H。由它組成的測(cè)溫電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且完全兼容于 MicroLAN 總線。再由低溫 度系數(shù)振蕩器在這個(gè)開(kāi)門時(shí)間內(nèi)進(jìn)行減 1 計(jì)數(shù)，每當(dāng)計(jì)數(shù)器 A 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，就使溫度計(jì)數(shù)器增加 1℃，然后由斜率累加器給加賦一個(gè)新的初始值來(lái)重新計(jì)數(shù)，直到開(kāi)門時(shí)間結(jié)束為止。將上述辦法靈活運(yùn)用，還能得到更高的分辨率，辦法是用斜率累加器值減去此時(shí)計(jì)數(shù)器 A 的值，得到針對(duì)小數(shù)位已經(jīng)計(jì)過(guò)的數(shù)值，再用得到的差值除以 1℃對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)數(shù)值，就可以得到小數(shù)位的溫度值。 表 31 直讀溫度與高 分辨率溫度值對(duì)比表 直接讀取溫度值 COUNT_PER_C COUNT_REMAIN 高精度溫度值 78 2 25 81 51 86 6 88 24 62 94 66 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1820 主要由三部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器和非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和 TL，如圖 33 所示。該字節(jié)包含一個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，它是前面所有 8 個(gè)字節(jié)的CRC。高速暫存存儲(chǔ)器和 EEPROM 的結(jié)構(gòu)及關(guān)系如圖34 所示。 BM必須首先提供 5 個(gè) ROM命令之一： 1）計(jì) ROM。與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同的是， DS1820 的 ROM 號(hào)不能更改。當(dāng)需要總線上所有的 1Wire 器件都對(duì) BM響應(yīng)時(shí)使用這個(gè)命令。以下分別介紹讀高速暫存器命令、寫高速暫存器命令、拷貝高速暫存器命令和調(diào)用 EEPROM 命令等。這在前面已經(jīng)做了介紹。s之扣釋放總線，然后搜尋線上掛接的 1Wire 器件發(fā)出的響應(yīng)脈沖。因?yàn)榇藭r(shí)總線上的電平是各個(gè) DS1820 電平的與，我們無(wú)法判斷總線上存在幾個(gè) DS1820。故不另行畫出。按圖 35 所示連接電路，在不考慮 DS1820 內(nèi)部電阻 的情況下，總線上的電流最大只有 1mA。另外一個(gè)原因是上拉電阻的取值太小會(huì)使總線的低電平變高，以至于混淆高低電平。當(dāng)上拉電阻消耗了足夠的壓降以至于總線上的電壓不足 時(shí)，就會(huì)使寄生電源工作方式失效，因?yàn)? 是寄生電源充電的最低電壓。只有滿足該時(shí)序的數(shù)據(jù)流才會(huì)被認(rèn)為是有效的。 （ 2） BM 在與 DS1820 通信中下傳數(shù)據(jù)和命令時(shí)，需要遵照寫時(shí)序，寫時(shí)序如呼 38所示。s 之內(nèi)拉至高電平；對(duì)于主機(jī)產(chǎn)生寫 0時(shí)間片的情況，數(shù)據(jù)線必須被拉至邏輯低 電平且至少保持 60181。因此，為了讀出 DS1820 送出的數(shù)據(jù)位， BM 必須在 15181。它最大的優(yōu)點(diǎn)就是通信線路簡(jiǎn)單，然而硬件線路的簡(jiǎn)單需要其他方面更多的考慮。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定的密度絞在一起，可以降低信號(hào)干擾程度，每一根導(dǎo)線在傳輸過(guò)程中辦輻射的電磁波會(huì)被另一根導(dǎo)線輻射的電磁波抵消。s。如果選擇分布電容更小的電纜，系統(tǒng)的時(shí)間裕量會(huì)更大。F 可以有濾除來(lái)自電源的干擾。 DS1820 通信協(xié)議的 CRC 校驗(yàn)生成多項(xiàng)式是： g(x)=X8+X5+X4+1 以 BM 讀取一個(gè) DS1820 的 64 位 ROM 號(hào)為例，說(shuō)明 CRC 的使用。繼續(xù)將第 8 個(gè)字節(jié)移入，如果校驗(yàn)相等，則寄存器的值為 0。接著將第 7， 3， 2 位和反饋位異或，得到和前一個(gè)過(guò)程相同的結(jié)果。對(duì)于溫度讀取，也可以采用 CRC 校驗(yàn)，其中溫度數(shù)據(jù)的第 9 個(gè)字節(jié)就是前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 校驗(yàn)值。它有兩個(gè)主要的功能： MicroLAN 總線的運(yùn)行，讀取 DS1820 所轉(zhuǎn)換的 溫度并存儲(chǔ)。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 23 DS 1820 DS 1820 DS 1820單片機(jī)AT 89 C52VSSP 1 . 0GND地址設(shè)定單元RS 485 轉(zhuǎn)換單元總線控制器BMR5 Vi = 1i = 2 i = 8. . . 圖 311 DS1820 與 BM 的單線連接電路 (I 代表 DS1820 的編號(hào) ) BM 通過(guò) RS485 總線收發(fā)器單元掛接在 RS485 總線上。 的編程 BM 必須有相應(yīng)的軟件才能工作。 BM 和 PC 的通信屬于 RS485 總線層的功能，將在下一章介紹。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院畢業(yè)論文 25 i = 1初始化 P 1 . 0 引腳上的