基于单总线的温度实时监控系统(YST)

基于单总线的实时温度监控系统1 引言基于数字温度传感器构成的实时监控系统确实具有精度高、抗干扰能力强、电路简单等诸多优点，温度传感器得到电缆长度达到几十米都可以正常读取温度数据，并且已经在站长开发的机房安全监控系统中得到了实际考验，那可是要365天从不间断地对机房及相关设备提供实时温度监控。

1.1 流程图本系统软件部分采用Delphi来实现初始化、数据采集处理、温度报表管理，其主程序的流程图见图1。

图1主程序流程图本系统软件部分共分为3个部分，分别是：1）初始化程序。

a．设置串行通信波特率；b．串行通讯方式的初始化；c．对TO，T1两个计数器的初始化；d．中断控制程序的初始化。

此外，还负责从E2PROM 中调出以前的采样参数，使器件能够以它采样温度数据。

2）当监控到ONTIME1和NTIME2标记时作相应温度的存储、转换、发送处理。

ONTIME1和NTIME2的标记主要有定时电路决定，当到达采样间隔时，做出相应的处理。

3）采用动态显示方式即时显示温度，以节省电路规模，使得整个系统的体积变小。

2 硬件电路设计在硬件电路设计时，应着重考虑电子器件的供电方式，以及对器件的限压和限流保护。

因为本次设计要求利用单总线技术，所以可以考虑使用寄生供电方式。

设计的电路图如下。

图2 基于单总线的温度实时监控系统硬件电路总图2.1软件设计2.1.1设计窗体本次设计要求软件的可视化窗体中包含实时温度显示、数据记录、存储管理和ROM数据，并且能将测得的数据保存到指定的数据库中。

窗体界面如下。

(a)温度计(b)存储管理(c) 数据记录（d）存储管理(e)ROM数据图3 窗体界面实时温度显示中可以看到当前室温，并且可以显示摄氏温度和华氏温度。

数据记录包含温度曲线和温度日志，可以显示一天内的温度变化曲线。

存储管理和ROM数据用来对数据库中已经保存的温度数据进行管理，如删除、转移等操作。

3 元器件的选择3.1主要元器件知识3.1.1 DS18B20DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有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位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

1） DS18B20的内部结构DS18B20内部结构如图5所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列如图7所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端，在寄生电源接线方式时接地，见图5。

图4 DS18B20的内部结构图5 DS18B20的管脚排列ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。

64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。

ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。

高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。

其中配置寄存器的格式如下：0R1R011111MSBLSBR1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。

高速暂存器是一个9字节的存储器。

开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。

2） DS18B20的工作时序DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。

其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图6（a）（b）（c）所示。

（a）初始化时序（b）写时序（c）读时序图6 DS18B20的工作时序图3） DS18B20与微处理器的连接DS18B20与微处理器的连接如下图7所示。

（a ）寄生电源工作方式 （b ）外接电源工作方式图7 DS18B20与微处理器的典型连接图3.1.2 DS2480B 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）管脚图及引脚说明图8 DS2480B 的封装和引脚DS2480B 为8脚贴片式封装，如图8所示。

引脚功能如表1所列引脚号 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 6POLRXD/TXD 选择端1 2 3 48 7 6 5RXD TXD POL VPPGND 1-W NC VDD7 TXD 发送端8 RXD 接收端表1 引脚功能说明DS2480B工作原理框图如图9所示。

图9 DS2480B工作原理框图3） DS2480B与RS232的接口技术：DS2480B与RS232的接口如图10所示。

图10 DS2480B与RS232的接口图3.2元件清单序号元件个数1 PC机串行口UART/RS232 1 个2 转接桥DS2480B 1 个3 数字温度传感器DS18B20 1 个4 电容U07HF 1 个5 稳压管 2 个6 二极管M7 2 个7 电路板XF07 1 个表2 元件清单4 学习心得实训结束了，说长也不长，说短也不短，但是的确难熬。

因为每天对着一台电脑，机械着制作、调试。

测试成功激动万分，可万一出现一些小问题，那这是像热锅上的蚂蚁，到处乱窜，找老师找同学来帮忙解决，虽然实训过程有些苦，中午都是在机房度过，也没好好吃过一顿好午餐，但是收获还是颇丰。

每一门专业的学习都需要理论结合实践，只是有时候学校的教学条件受到限制。

但是没关系，对于每一次的实训我们都很珍惜，因为每一次我们都有很多的感受，因为这不仅仅是一次实训，也是对于我们各方面能力的培养，也能证明我们自己的实力。

这次实训给我的最大的启发就是学习需要灵活应变，学以致用，更要动脑子去思考问题。

因为，对于我个人而言，有些程序的代码我还是看得懂的，但是我没有联系到实际。

如果我在实训当中能认真的去思考一些问题，并把操作好好调试几遍，我想问题也就会减少很多。

也就是说，知识需活学活用，勤学善思，当然，在以后的生活中、学习中也是如此。

5 参考文献[1] DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[2] DS2480B Serial 1-Wire Line Driver with Load Sensor[3] 左冬红,谢瑞和.实现单总线搜索ROM命令的一种算法[4] 求是科技.单片机典型模块设计实例导航附：源程序清单{------------------------------------------------------------------------------------------------------procedure TForm1.ReadTemperature2(session_handle : longint);vartsht, i, tmp1 : smallint;cr,cpc, tmpf,tmp : Extended;rbuf : array[0..9] of smallint ;st : longint;CRCByte ,xiaxianbyte: Byte;begintmp := 0.00;{access the device}if (TMAccess(session_handle,@StateBuf)= 1) thenbegin{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) thenbegin{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) doTMValidSession(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 andcheck the return value with 1}if (TMTouchBit(session_handle,$01) = $01) thenbegin{Access device}If (TMAccess(session_handle,@StateBuf) = 1 ) thenbegin{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 foreach byte}for i := 0 to 7 dobeginrbuf[i]:= TMTouchByte(session_handle, $FF);CRCByte := Byte(rbuf[i]); { 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 ) thenbegin{Calculate the temperaruretsht := rbuf[0];if ((rbuf[1] and $01)= 1) thentsht := tsht or (-256);tmp1 := Round((tsht)/2);tmp := tmp1;cr := rbuf[6];cpc := rbuf [7];if (rbuf[7] <> 0) thentmp := tmp - (0.25) + (cpc-cr)/cpc;}if ((rbuf[1] and $F8)= $F8) thenBEGIN//温度为负值ENDELSEBEGIN//温度为正值case (rbuf[4] and $60) of$00:begintmp:=(rbuf[1] and $07)*16+(rbuf[0] and $f8)/16;//9位分辨率fenbianlv2 :=9;diwei2 :=(rbuf[0] and $f8)/16;end;$20:beginfenbianlv2 :=10;tmp:=(rbuf[1] and $07)*16+(rbuf[0] and $fc)/16;//10位分辨率diwei2 :=(rbuf[0] and $fc)/16;end;$40:beginfenbianlv2 :=11;tmp:=(rbuf[1] and $07)*16+(rbuf[0] and $fe)/16;//11位分辨率diwei2 :=(rbuf[0] and $fe)/16;end;$60:beginfenbianlv2 :=12;tmp:=(rbuf[1] and $07)*16+rbuf[0]/16;//12位分辨率diwei2 :=rbuf[0]/16;end;end;END;tmpf := (tmp * 9 )/5 + 32;label11.caption := '当前实时温度2 : ' + FormatFloat('0.0000',tmp) +' C or ' + FormatFloat('0.0000', tmpf) + ' F';keke2 :=FormatFloat('0.0000',tmp);yuanshi2 := rbuf[4];shangxian2 :=rbuf[2] and $7f;xiaxianbyte :=rbuf[3] and $80;if xiaxianbyte = 1 thenxiaxian2 := (rbuf[3] and $7f) * (-1)elsexiaxian2 := rbuf[3] and $7f;MessageBeep(0);TMEndSession(session_handle);Done := True;end;end;end;end;end;end;。