【導(dǎo)讀】項目背景與意義……………………需要解決的問題…………………本文所做的工作………………AT89C52程序的編寫……測溫層和溫度傳輸層。簡單實用的通信協(xié)議和通信軟件。溫度傳感器的選擇是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。公司的新型數(shù)字溫度傳感器DS1820。它集測量溫度，報警監(jiān)測，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。新的選擇，有待在實際應(yīng)用中進一點完善和推廣。

　　

【正文】 個測溫點的溫度。 的編程 BM 必須有相應(yīng)的軟件才能工作。依據(jù)前面介紹的 DS1820 的時序及協(xié)議流程可以對哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 24 BM 進行編程。 BM有 3 個基本接口子程序，分別是初始化子程序、讀子程序與寫子程序。編寫子程序的基本方法是嚴格按照 DS1820 的時序要求，配合使用邏輯分析儀進行監(jiān)督。由于 DS1820 對時序要求的苛刻，必須使用匯編語言來保證時序的準確。在實際測溫過程中，還需把各子程序有機組合起來并添加一定代碼。 編寫完子程序，可以將這些子程序按照一定的流程組合起來完成特定的功能。 BM 在MicroLAN 總線層里實現(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。 BM 和 PC 的通信屬于 RS485 總線層的功能，將在下一章介紹。本節(jié)主要介紹在 MicroLAN 總線層中 BM 的 2 個程序模塊；轉(zhuǎn)換溫度模塊和讀取溫度模塊。 為方便讀者理解，首先以簡單的單純測溫電路（圖 310）為例介紹這兩個模塊的流程。它們分別如圖 313 和圖 314所示。 初始化 P 1 . 0 引腳上的 8 個 DS 1820BM 對 P 1 . 0 發(fā)跳過 ROM 命令BM 對 P 1 . 0 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束 圖 313 單路轉(zhuǎn)換溫度模塊 將單路測溫模塊擴展開，就得到實際系統(tǒng)在讀取溫度時采用的多路測溫模塊流程。 8路測溫電路按順序從第 1 路到第 8 路逐一讀取，而在轉(zhuǎn)換溫度時，為節(jié)省時間，也為保證所有的數(shù)據(jù)都參考同一時間，要求 8 路同時轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)的每一路掛接 24 個 DS1820，實際應(yīng)用中不能一次采集全部 24 個 DS1820 的溫度。原因是單片機內(nèi)部 RAM 空間。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 25 i = 1初始化 P 1 . 0 引腳上的 8 個 DS 1820發(fā)匹配 ROM 命令發(fā)第 i 個 DS 1820 的 ROM 號發(fā)讀存儲器命令得到溫度 , 存儲i = 8 ?讀取溫度結(jié)束YESi = i + 1 圖 314 單路讀取溫度模塊 有限，無法存儲 24 個 DS1820 的 ROM 號。采取的辦法是把每條總線的 24 個 DS1820均勻分成 3 組。一次采集 1 組， 3 次采集一條總線。這樣全部 8 路總線又可分為 24 組，按組讀取溫度。多路測溫查勘塊流程如圖 31 316 所示。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 26 圖 315 多路轉(zhuǎn)換溫度模塊 圖 316 和圖 315 的比較可以看出多路測溫模塊在轉(zhuǎn)換溫度流程上的優(yōu)勢。 8 路測溫總線可以同時執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換，這樣 8 路溫度轉(zhuǎn)換完畢只需 200ms。 圖 316 多路讀取溫度模塊的流程和圖 315 有明顯不同。首先需要說明的是，圖 19 中BM發(fā)送的 DS1820的 ROM號是通過 RS485總線由 PC下傳的，而且 PC在下傳某個 DS1820的 ROM 號的同時，也下傳了該 DS1820 所在總線的號碼。根據(jù)這個總線號， BM知道應(yīng)該對哪一條總線讀取溫度值。 多路和單純的另外一個重要區(qū)別體現(xiàn)在初始化、讀位、寫位 3 個基本子程序上。多路由于需要同時對 8 條總線發(fā)布命令，所以初始化和寫位子程序需要同時作用到每條總線上。這和單線那種僅作用于一條總線的工作流程不同。讀位子程序無法同時作用到 8 條總線，因此需要 PC 在下傳某個 DS1820 的 ROM 號的同時下傳該 DS1820 所 在總線的號碼。這樣才能使讀位子程序作用到正確的總線上。 在實際應(yīng)用中需注意合理安排單片機 RAM 空間，因為每一個 DS1820 的 ROM 號需占用 8 個字節(jié)，再加上該 DS1820 的總線號碼共 9 個字節(jié)。而且讀取溫度數(shù)據(jù)時必須至少讀兩個字節(jié)，若希望實現(xiàn)循環(huán)冗余碼校驗，則須讀 9 個字節(jié)才行。 由于本系統(tǒng)不需要諸如設(shè)定報警閥值、報警搜索等功能，因此他們的流程就不贅訴了。本系統(tǒng)的報警搜索和報警閥值的設(shè)定均由 PC 完成。 初始化 P1 口所有的 DS1820 BM對 P1 口 8 條總線發(fā) 送 跳過 ROM 命 令 BM對 P1 口 8 條總線發(fā) 送溫度轉(zhuǎn)換 命令 溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 27 讀取 L 總線得到第 i 個 DS 1820 的溫度 ,存儲組號 M = 1 ,總線號 L = X組內(nèi)序號 i = 1初始化 P 1 口所有的 DS 1820BM 對 P 1 口 8 條總線發(fā)匹配 ROM 命令BM 發(fā)第 i 個 DS 1820 的 ROM 號BM 對 P 1 口 8 條總線發(fā)讀高速暫存器命令i = 8 ?M = 24 ?8 路溫度讀取結(jié)束YESYESM = M + 1J = i + 1 圖 316 多路讀取溫度模塊 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 28 本章小結(jié) 本 章詳細介紹了溫度采集系統(tǒng)的度層總線 —— 倉內(nèi)測溫層。它的任務(wù)是命脈令 DS1820轉(zhuǎn)換溫度成數(shù)字量，然后讀出 DS1820 高速暫存器中的數(shù)字溫度值，存儲到 RAM 中。倉內(nèi)測溫層以 MiscroLAN 總線為結(jié)構(gòu)框架，以 DS1820 為數(shù)字溫度傳石器，實現(xiàn)溫度采集過程的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。倉內(nèi)測溫層總線可以準確（ ℃）、快速（ 200ms）地測量溫度，同時硬件連接線路簡單，只用雙絞線就可以實現(xiàn)可靠傳輸，系統(tǒng)擴展十分方便。測溫層總線的總線控制器 BM 用 51 系列單片機開發(fā)，經(jīng)濟實用。一個 BM 可控制 8 路總線，每路總線長度≧ 30 米，掛 接≦ 24 個 DS1820，可以采集多達 192 個點溫度，完成了倉內(nèi)測溫層的任務(wù)。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 29 第 四 章 PC 與 BM 的通信－ RS485 總線 如果說 BM 是 MicroLAN 總線層的總管，那么 PC 就是 RS485 層總線的監(jiān)控計算機。PC 發(fā)命令給 RC485 總線上的所有 BM， BM 才能執(zhí)行一定的操作。上一章我們主要討論了溫度怎樣讀入 BM 的 RAM 里，本章將討論 PC 怎樣對 BM 發(fā)命令以及如何讀出溫度并加以處理。 RS485 總線標準 RS485 總線是一種采用平衡差分信號的數(shù)據(jù)傳達室輸系統(tǒng)，它用一對 信號線上的兩個電平來傳輸 1 個信號。信號發(fā)送端電路的基本原理及差分輸出信號波形如圖 41 所示。 ABCEN B LE+ 6 V+ 2電壓 Vab 2 6 V允許范圍允許范圍 圖 41 平衡差分輸出信號 RS485 總線接收端電路根據(jù)差分輸入電壓 Vab 的值來輸出對應(yīng)的邏輯電平。接收端電路的基本原理及差分輸入信號波形如圖 42 所示。 最大容許范圍+ 6 Volt s電壓 Vab 6 Volt s+V1V1+ 200 mv 200 mv輸入信號閥值1 / 2 V 1 1 / 2 V 1VcmABCV cm = 輸出共模電壓允許范圍 V cm : 7 V cm + 12 圖 42 接收電路及輸入信號波形 如果差分輸入信號 Vab 大于 +200mv 則輸出為高電平，如里差公輸入信號小于 200mv，則輸出為低電平。 200mv 到 6v 的電壓范圍為傳輸線的衰減提供了足夠的余度。從圖 42中可以看出共模干擾對這種差分輸入方式不構(gòu)成威脅。 RS485 規(guī)定總線接收器的輸入阻抗為 12KΩ ，總線最多可以同時掛接 32 個總線收發(fā)器組成網(wǎng)絡(luò)。如果需要擴展，可以加 RS485 中繼器。 RS485 總線可以有半雙工和全從工兩種通信方式。關(guān)雙工通信只需要 2 根信號線而全雙工需要 4 根。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(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。再加上接收器具有高靈敏度，可以檢測到 200mv 的電壓，信號即使通過上千米的傳輸衰減，仍然能在接收端得 到恢復(fù)。因而特別適合于長距離數(shù)字信號傳輸。 RS485 總線的傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系如圖 43 所示。 10 K4 K1 K1001010 K 100 K 1 M 10 M電纜長度單位英尺波特率 單位 :位 /秒 圖 43 RS485 傳輸距離和速率關(guān)系 圖 43 是 EIA 推薦的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，安在使用雙絞傳輸線和 100Ω 終端電阻的前提下測得。以 1 英尺≈ 米換算，當數(shù)據(jù)傳輸速率小于 100Kbit/s 時，傳輸距離最大值是 1200 米。 RS485 總線用一對雙絞線實現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，長距離傳輸，由于其設(shè)備簡單、價格低廉，所以在工程中得到廣泛應(yīng)用。 建立可靠的 RS485 通信 建立 RS485 網(wǎng)絡(luò)最重要的是在滿足通信指標條件下，能穩(wěn)定可靠運行。由于本系統(tǒng)總線傳輸距離長（超過 1km），所以我在組建 RS485 網(wǎng)絡(luò)時考慮了以下幾個方面的問題并在硬件上和軟件設(shè)計上采取了相應(yīng)措施。 (1)信號地的連接。 不論 RS485 總線采用 2 線制還是 4 線制結(jié)構(gòu)，有一個方面都是不容忽視的，那就是信號地的連接。上一節(jié)提到 RS485 總線對共模干擾具有良好的抑制能力，可以忍受 7～+12V 的共模電壓，但共模電壓超過此值，可能損壞器件。這個共模電壓定義為兩根數(shù)據(jù)線對信號地的電勢差的算術(shù)平均。由 于 1km距離傳輸中的共模干擾電壓可能遠遠高于這個數(shù)值，因此 RS485 總線構(gòu)成遠距離通信網(wǎng)絡(luò)時必須連接信號地。連接所有 GND 引腳后，32 個 RS485 總線收發(fā)器的參考地電平相差無幾，共模電壓的值不高，保證系統(tǒng)不受損壞。 (2)需要終端匹配電阻嗎？ 當傳輸線路很長，信號頻率較高時，信號呈現(xiàn)出較強的波特性。任何形式的波在傳輸過程中如果遇到媒質(zhì)不均勻的地方就會發(fā)生反射。對信號傳輸來說，媒質(zhì)不均勻的情況主要發(fā)生在接有抗值不同于傳輸線特性阻抗的負載處。一個典型的 RS485 總線連接如圖 44哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 31 所示。 RDRDRR RD DRRDRD收發(fā)器發(fā)送器接收器RD終端匹配電阻 圖 44 RS485 總線的典型連接 解決反射需要對傳輸線進行終端匹配。圖 44 中的總線兩頭各掛接一個阻值等于傳輸線特性阻抗的匹配電阻，這樣信號傳輸?shù)絻啥藭r就不會發(fā)生反射，理論上可以認為傳輸線延伸無限遠，這時傳輸線的工作狀態(tài)為匹配狀態(tài)。終端匹配的負面影響是它消耗了總線的一部公能量。 本系統(tǒng)采用終端電阻是經(jīng)過近似計算后得出的。計算原理是，理論上可以為信號反射經(jīng)過 3～ 5 個傳輸來回因衰減而消失，由于數(shù)據(jù)采樣發(fā)生在 1 們信號的號中間時刻，只要此時能保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定就好，因此如果線 路傳輸延時遠遠小于傳輸 1 位的時間，就不需要終端匹配。以本系統(tǒng)為例，線路距離按 計算， 5 類雙絞線傳播速度取最小值 *C，那么線路傳輸延時是 *10179。/*C≈ 6us,反射信號將在 30us 后消失。實際應(yīng)用為穩(wěn)妥起見，將衰減時間擴大一倍為 60us。本系統(tǒng)波特率取值 19200bis/s,傳輸一位的時間約為 52us，可見反射信號在 BM 對下一位數(shù)據(jù)采樣時可能還未完全消失，所以需要終端匹配。 (3)總線防錯處理 當總線上所有設(shè)備都空閑時，總線狀態(tài)不確定。由于 RS485 總線接收器的高敏感性，如果此 時干擾信號進入，很可能引起接收器錯誤判斷接收。以本系統(tǒng)使用的通用異步傳輸為例，協(xié)議以下降沿產(chǎn)生低電平作為一個字節(jié)傳輸開始的標志，但是接收器不能分辨這個低電平是由發(fā)送器發(fā)送還是由外界于擾引起，從而導(dǎo)致錯誤的接收。 問題的解決辦法是當總線空閑時，給它一個固定的高電平狀態(tài)，即給總線一個偏置電壓。具體實現(xiàn)有兩種辦法，第一種辦法是采用已經(jīng)內(nèi)置了防錯偏置（ FailSafe）功能的芯片或模塊；第二種辦法是在原有電路基礎(chǔ)上附加兩個偏置電阻，其典型電路如圖 45 所示。由于系統(tǒng)采用了端電阻匹配，在計算偏置電阻時必須考慮，所以一 并畫出。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 32 圖 45 防錯偏置電路示意 圖 45 中， Rc、 Rb 是終端電阻 120Ω ，另外兩個電阻 Ra、 Rd 是為偏聽偏置總線附加的電阻，目的是在兩根數(shù)據(jù)線上提供到少 200mv 的偏置電壓。為保證平衡發(fā)送，偏置 Ra、Rd 的取值還必須相等。計算方法如下。 由 Vfsb=VCC＊（ 60/（ Ra+60+Rd）） =200mv 解出 Ra+Rd=1440Ω ,即 Ra=Rd=720Ω 。這是偏置電阻的最大值，也是最合適的值。取值過小會降低總線驅(qū)動能力。 本系統(tǒng)采用第一種辦法，采用內(nèi)置了防錯偏置功能的 ADAM4520 模塊。 (4)電纜的 選擇 傳輸電纜對 RS485 系統(tǒng)很關(guān)鍵，選擇電纜需考慮很多方面，首先需要考慮的是傳輸距離和傳輸速率。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)定在 19200bit/s，傳輸距離 1km，根據(jù) 43，可以看出雙絞線可以達到要求。另外一個需考慮的因素是信號衰減，選擇信號衰減小的雙絞線，用聚乙烯材料制造的電纜普遍比用聚氯