【正文】 寄生電源工作方式失效，因為 是寄生電源充電的最低電壓。以圖 36 所示電路來討論，最大扇出的數(shù)值取決于上拉電阻的阻值和總線上每個 DS1820 處于接收發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)時的工作電流。 寄生電源另外一個缺陷是總線的最大扇出小。在 R取 ，圖 35所示總線上的電流最大值也只有 ，只能為 3 個 DS1820 提供足夠的電能。另外一個原因是上拉電阻的取值太小會使總線的低電平變高，以至于混淆高低電平。 DS1820 內(nèi)部采用了漏級開路的 MOSFET（參看圖 31），必須外接上拉電陰和電源才能形成有效高電 平輸出。上拉電陰R 的選取不是任意的。當總線上掛接多個 DS1820 且這些 DS1820 同時轉(zhuǎn)換溫度時，電能供應(yīng)的不足就顯得尤其嚴重。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。 DS1820 數(shù)據(jù)手冊中推薦圖 35中的 R 取值 5KΩ，我們就些來討論。單從供電的角度看， Vdd 引腳供電方式在可以在一根總線上掛接任意多個 DS1820，而且這些DS1820 還可以同時進行大電流操作。因此 DALLAS 公司在低溫測量中推薦使用寄生電源供電方式。故不另行畫出。寄生電源工作方式的連接電路如圖 35 所示。這種供電方式稱為“寄生電源供電”方式。這一目標只要初始化程序設(shè)計合理，留有充足的時間裕量就能實現(xiàn)。因為此時總線上的電平是各個 DS1820 電平的與，我們無法判斷總線上存在幾個 DS1820。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 16 發(fā)初始化脈沖發(fā)讀高速暫存器命令得到溫度值發(fā)目標 DS 1820 的 ROM 號發(fā)匹配 ROM 命令 圖 35 讀溫 度協(xié)議流程 初始化雖然不是命令，但在每次執(zhí)行命令前必須進行初始化。具體到每一類命令中，每一條指令完成不同的功能，可以靈活選擇。 DS1820 的協(xié)議規(guī)定 3類命令按照特定的順序組合，完成特定的功能。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。由總線控制器發(fā)起并控制通信。 可見讀高速暫存器命令和溫度采集密切相關(guān)，而其他 3 個命令都與報警搜索有關(guān)。它把 EEPROM里的值拷貝到高速暫存器里。這在前面已經(jīng)做了介紹。兩個命令連用就可以設(shè)置報警閥值了。這個命令必須和拷貝高速暫存器命令聯(lián)合使用。這個命令常用來讀出溫度值并進行 CRC 校驗。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。 可寫存儲器命令 可寫存儲器命令類包含所有和可寫存儲器操作有關(guān)的命令。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 15 溫度轉(zhuǎn)換類命令 溫度轉(zhuǎn)換類只有一個命令 — 啟動溫度轉(zhuǎn)換命令（命令字 44H） DS1820 在收到這個命令后開始轉(zhuǎn)換溫度到數(shù)值，存儲到高速暫存器里。 報警 ROM 搜索命令（命令字 ECH）可以讀出 溫度報警點 DS1820 的 ROM 號。當需要總線上所有的 1Wire 器件都對 BM響應(yīng)時使用這個命令。搜索 ROM 命令可以搜索出所有掛接在總線上的 1Wire 器件的 ROM 號。這個過程建立了總線控制器和地址相符的 DS1820 之前的點對點的通信聯(lián)系，而其他 DS1820 對此后的命令不予理睬。 配接 ROM 命令（命令字 55H）就是尋址命令。與計算機網(wǎng)絡(luò)不同的是， DS1820 的 ROM 號不能更改。這個命令的功能是讀出總線上 DS1820 的光刻 ROM 號。5）報警 ROM 搜索。3）搜索 ROM。 BM必須首先提供 5 個 ROM命令之一： 1）計 ROM。 命令 由于有眾多 DS1820 掛接在 1Wire 網(wǎng)絡(luò)上，所以在 ROM 功能建立之前，其他功能都無法實現(xiàn)?？偩€協(xié)議由若干命令組合而成。 DS1820 中是以 ℃ /LSB 形式表達，用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供的，哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 14 表 32 給出溫度與數(shù)據(jù)的關(guān)系： 表 32 DS1820 溫度與數(shù)據(jù)的關(guān)系 溫度 數(shù)據(jù)輸出 125℃ 00000000 11111010 25℃ 00000000 00110010 1/2℃ 00000000 00000001 1/2℃ 11111111 11111111 25℃ 11111111 11001110 因高 8 位是擴展符號位，常取 9 位數(shù)字，若第 9 位是 0，表示正溫度，低 8 位數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成十進制除以 2 即得到實際溫度。高速暫存存儲器和 EEPROM 的結(jié)構(gòu)及關(guān)系如圖34 所示。總線控制器發(fā)一個報警搜索命令可以讀出溫度報警點 DS1820 的 ROM 號。 TH 和 TL 分別存儲著溫度報警的高溫閥值和低溫閥值。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 均由一個字節(jié)的EEPROM 組成，使用一個存儲器功能命令可對 TH 和 TL寫入，而對它們的讀出則需要通過高速暫存存儲器進行。該字節(jié)包含一個循環(huán)冗余校驗碼，它是前面所有 8 個字節(jié)的CRC。第 8 兩個字節(jié)是計數(shù)器寄存器，它們是被用來產(chǎn)生較高的分辨率的，前面已經(jīng)介紹過。高速暫存器是一個 8 字節(jié)的存儲器，開始兩個字節(jié)包含測量溫度的信息，第 4字節(jié)是 TH、 TL的臨時拷貝，每一次上電復(fù)位時被刷新。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 10H）的產(chǎn)品類型標號，接著的 48 位是該 DS1820 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的 CRC（循環(huán)冗余校驗碼）。 表 31 直讀溫度與高 分辨率溫度值對比表 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)的溫度報警觸發(fā)器TH 和 TL，如圖 33 所示。 應(yīng)用公式為： TEMPRATURE=+(COUNT_PER_CCOUNT_REMIAN)/COUNT_PER_C 注： COUNT_PER_C 和 COUNT_REMIAN 可以用讀高速暫存器命令讀出。 2 步得到的整數(shù)溫度值勤和第 3 步得到的小數(shù)溫度值相加，然后減去 1/2LSB（ 0。 ，得到溫度值整數(shù)部分 TEMＰ _READ。將上述辦法靈活運用，還能得到更高的分辨率，辦法是用斜率累加器值減去此時計數(shù)器 A 的值，得到針對小數(shù)位已經(jīng)計過的數(shù)值，再用得到的差值除以 1℃對應(yīng)的計數(shù)數(shù)值，就可以得到小數(shù)位的溫度值。在 DS1820 內(nèi)部，將計數(shù)器 A 的剩余值和斜率累加器的值相比較，如果計數(shù)器 A 的值小于斜率累加器值的 1/2，就置位溫度寄存器的最低位；如果情況相反，那么保持溫度寄存器的最低位為 0。上述過和得到的溫度分辨率是 1℃而一個實際溫度值可能有小數(shù)位，那么當上述測溫過程結(jié)束后，計數(shù)器 A 的值不是 0，而是一個可以反映小數(shù)位溫度的數(shù)值。這樣當開門時間結(jié)束時，溫度寄存器里面存儲的就是一個近似溫度值，對這個近似溫度值還可以進行修正，來達到我們預(yù)期的分辨率。再由低溫 度系數(shù)振蕩器在這個開門時間內(nèi)進行減 1 計數(shù)，每當計數(shù)器 A 計數(shù)到 0 時，就使溫度計數(shù)器增加 1℃，然后由斜率累加器給加賦一個新的初始值來重新計數(shù)，直到開門時間結(jié)束為止。這樣，由高溫度系數(shù)振蕩器和計數(shù)器 B 實現(xiàn)一個溫度值和開門時間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 斜率累加器計數(shù)器預(yù)量值比較低溫度系數(shù)振蕩器 計數(shù)器A 溫度預(yù)量值溫度寄存器高溫度系數(shù)振蕩器 計數(shù)器BXB設(shè)置/清除LSBSTOP 圖 32 DS1820 測溫原理框圖 DS1820 通過計算低溫度系數(shù)振蕩器在由高溫度系數(shù)振蕩器決定的開門時間內(nèi)通過的時鐘周期數(shù)來測溫。 的測溫原理 DS1820 使用一種專利測溫技術(shù)來測量溫度。由它組成的測溫電路結(jié)構(gòu)簡單且完全兼容于 MicroLAN 總線。溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字。 數(shù)字溫度傳感器 DS1820 DS1820 是美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的一種適合于分布式溫度傳感應(yīng)用的數(shù)字傳感器。有了這個校驗值，總線控制器就可以知道讀出的 1Wire 器件的地址是否正確。比如 DS1820 的類型號是 10H。他們分別是類型號和校驗值。由于最大可以有 281474976710656 個序號，所以在總線上不用擔(dān)心會出現(xiàn)地址沖突的問題。詳細的通信協(xié)議將在下一章中用具體實例 DS1820 為模版來介紹。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。由總 線控制器發(fā)起并控制通信。這就是“寄生電源”的基本原理。而當總線被拉到低電平時，二極管的 PN 結(jié)加上反向電壓，呈高阻狀態(tài)，這時充電過程停止，電容在總線為低電平的時間段里為 1Wire 器件的工作提供電能。當總線控制器 BM 輸出 1 時，數(shù)據(jù)總線被上拉電阻 R 拉到高電平。等效的工作方式電種圖如圖 31 如示。那么怎樣給 1Wire 器件供電呢？所有 1Wire 器件都具有“竊電”的功能。 MicroLAN 總線結(jié)構(gòu)采用雙絞線作為傳輸線路。我們不需要給 1Wire 設(shè)備傳遞 系統(tǒng)時鐘信號，因為每個 1Wire設(shè)備都由它內(nèi)部的晶震提供時鐘，而且這種內(nèi)部時鐘與總線控制器的下降沿保持同步。 MicroLAN 總線要求數(shù)據(jù)的傳輸遵守時序的約定。主機設(shè)備都具有收發(fā)數(shù)據(jù)的功能，但是數(shù)據(jù)一次只能在一個方向上傳輸。 以下包括 代表邏輯 0， 以上包括 代表邏輯 1?？偩€控制器需要的軟件可以由用戶編寫代碼，也可以購買 DASSAS 公司提供的產(chǎn)品。普通的 51 單片機和 PC都可以作為總線控制器。網(wǎng)絡(luò)采用主從式結(jié)構(gòu)，由一個固定的站作為主站，主站可以對其他次站發(fā)命令，而次站只能對主站發(fā)出的命令作出響應(yīng)。它是 DALLAS 公司為了順應(yīng)現(xiàn)場總線的技術(shù)潮流最近才提出的總線方式。 MicroLAN 現(xiàn)場總線以其優(yōu)越的性能越來越受到人們的青睞，各大公司為了追求利潤紛紛推出自憶的總線產(chǎn)品。接著重點介紹 DALLAS 公司的數(shù)字溫度傳感器 DS1820，對它的性能指標，工作原理，通信協(xié)議做重點描述。后面的章節(jié)交分別介紹這兩層總線，并且對具體實現(xiàn)中需要注意的技術(shù)細節(jié)做詳細的說明。如此大的系統(tǒng)容量完全可以滿 足大型糧庫測溫的需要。根據(jù) RS485 總線標準的要求，一個 RS485 總線上最多可以掛接 32 個負載單元。圖 21 中的總線控制器 BM 用 AT89C52 單片機自主開發(fā)。這層總線結(jié)構(gòu)主要實現(xiàn)溫度的傳輸，所以稱之為溫度傳輸層總線。 BM 在獲取溫度數(shù)據(jù)后需要進一步和 PC 主控機通信 。它的功能是對總線上所有DS1820 發(fā)布命令和接收數(shù)據(jù)。由于這層總線的主要功能是完成倉內(nèi)溫度的轉(zhuǎn)換，所以稱之為倉內(nèi)測溫層總線。C 2℃ 8 MAX6575 Single Wire 1℃ 8 可見 DS1820 具有測溫精度高，總線掛接負載能力強的優(yōu)勢。因為和其他數(shù)字溫度傳感器相比，它更適合系統(tǒng)，比較結(jié)果見表 21。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(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。 既然系統(tǒng)設(shè)計是為了完成預(yù)期的功能，那我們完全可以自主構(gòu)建一個總線結(jié)構(gòu)?？偩€大戰(zhàn)方興未艾。 因此，能否選擇一種適合于大范圍溫度采樣系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)就成為本系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵?，F(xiàn)場總線的發(fā)展在很大程度上得益于智能儀表的出現(xiàn)。 進一步的分析還可以得到這樣的結(jié)論。 方案的設(shè)計 返回到溫度采集系統(tǒng)的分析上來。多個設(shè)備可以掛接在一對雙絞線上。數(shù)字信號克服了這些缺陷，抗干擾能力強。 數(shù)字化相對于模擬信號而言。 開放式體現(xiàn)在現(xiàn)場總線公開，規(guī)范的通信協(xié)議。 總體設(shè)計 現(xiàn)場總線的思路 針對緒論中已指明地 4 項新特性，本系統(tǒng)的總體設(shè)計擬采用現(xiàn)場總線的思路。基于這種考慮，本章接下來將介紹新型數(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。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 6 第 二 章 項目方案的總體設(shè)計 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了它的功能。然后對 PC 和 BM 通信的硬件線路，通信協(xié)議和軟件分別給出詳細的說明。 第 4 章 介紹 PC 與總線控制器數(shù)據(jù)通信的溫度數(shù)據(jù)傳輸層。 第 3 章 說明 MicroLAN 總線的基本概念，特點和協(xié)議約定，接著重點介紹 DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器 DS1820，對它的性能指標，工作原理，通信協(xié)議做重點描述。給出結(jié)構(gòu)框圖并引入雙層總線的概念 。在研究 MicroLAN 的工作機制后，開發(fā)了應(yīng)用于 MicroLAN 的總線控制器。 (2)設(shè)計了實用的雙層總線結(jié)構(gòu)，分別是倉內(nèi)測溫層和溫度數(shù)據(jù)傳輸層。 (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，檢測誤差在 0～ 70℃范圍內(nèi)不超過 ℃。 (4)最大限度地減少布線工作量，降低系統(tǒng)的資金投入。 (2)數(shù)字信號數(shù)字傳輸，利于有干擾現(xiàn)場的應(yīng)用。我們認為新的系統(tǒng)必須有以哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院畢業(yè)論文 5 下 4 個新特性。當需要對系統(tǒng)擴容，增加測溫點時往往需要增加分線器和比較多的布線。成本高。 (2)過多的分級結(jié)構(gòu)造成數(shù)據(jù)流不暢通，數(shù)據(jù)傳輸效率低。根據(jù)國家計劃委員公 [1998]1398 號文件關(guān)于“各類中央直屬儲備糧庫均應(yīng)設(shè)置計算機局域網(wǎng)，以完成糧溫自動檢測，通風(fēng)自動控制??”的精神，我們決定研制一種新一代糧情測控管理系統(tǒng)（糧庫全數(shù)字化計算機網(wǎng)絡(luò)）