本站原创[摘 要]：采用先进的单总线数字式温度传感器DS18B20设计了一种低成本的大规模测温网络系统,并给出了软硬件设计方法.由于该系统采用了单总线技术,温度信号在测量现场被转换为数字信号,能够远距离测量,具有很高的测量精度和应用价值.
[关 键 词 ]：温室 单总线 控制系统
0引言
在测温网络系统中,采用单总线数字温度传感器芯片 DS18B20 实现远距离多点空气温度和土壤温度的测量,通过单总线驱动器 DS2480B 输送给微处理器,系统具有一定智能化.
1.单总线器件及其工作原理
系统主要用到了温度传感器 DS18B20和单总线驱动器 DS2480B.单总线器件内部 ROM 中都有光刻的 64位序列号,它是该器件的地址序列码；64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（DS18B20 为28H）是产品类型标号,也就是所谓的家族码,接下来的 48 位是该自身的序列号,最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（CRC等于X8+X5+X4+1）.光刻 ROM 的作用是使每一个单总线器件的地址都各不相同,都是唯一的,以便实现一根总线上挂接多个单总线器件.单总线驱动器 DS2480B 完成到单总线的转换,提高了单总线的驱动能力.微处理器可以通过控制 DS2480B 驱动在线所有的单总线器件.
2.系统硬件设计
2.1 数字温度传感器 DS18B20
DS18B20 是美国 Dallas Semiconductor公司推出的数字式温度传感器,遵循单线协议,
其工作原理是利用温度敏感振荡器的频率随温度变化的关系,通过对振荡周期计数来实
现温度测量.其支持 3V～5.5V 的电压范围,可以与处理器进行双向数字通信,测温度范围宽（-55℃～+125℃）,工作温度范围宽（-10℃～+85℃）,分辨率高（当设定为 12 位转换模式可以达到 0.0625℃）.现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输.DS18b20 内部有 2 个字节 RAM 单元用来存放转换后的温度值,后1 个字节为温度值低8 位的补码（称作 A）,前 1 个字节为符号位和温度值的补码高 3 位（称作 B）.
2.2 单总线驱动器 DS2480B
DS2480B 是从串行接口到 1-Wire 网络协议转换的桥接器.只要主机具有普通的串行通信 UART,就可以通过该桥接器产生严格定时和电压摆率控制的 1-Wire 波形.DS2480B 接受所要发送的指令和数据,执行 1-Wire 操作,并将结果返回至主机（详细资料间参考文献[2]）.
2.3 系统原理
考虑到单总线的驱动能力,采用星型结构,就是在若干个单总线上分别挂若干个单总线
器件.硬件以 AT89C55WD为核心,主要包括按键模块、显示模块、信号输入、控制输出、时钟、串口扩展和存储等电路.LED 用来循环显示个测量点的参数,按键用来设置给定参数,AT24C256 用来存储各个测量点单总线器件的序列号（测量点的器件地址）及一些重要的参数.GM 用来扩展串口,扩展后的三个串口分别用于转换为 1-Wire
网络协议、LED显示和与上位机通信.
3.软件设计
3.1 总线结构软件设计
在该系统中,多个单总线器件挂于一单总线上,欲想操作任何一个单总线器件,必须首
先获得该器件的地址,即序列号.获得器件的地址的方法一般有两种方法,第一种方法是：
调试程序时,编写一单独程序依次读出每个测控点器件的地址并存于单片机程序表格中[3],但当该测控点的某个器件损坏时,需要读新的单总线器件地址,替换坏器件,并要修改主程序,重新固化主程序；第二种方法是：通过二叉树算法完成在线所有的单总线器件地址,但系统无法具体确定每个测量点的单总线器件地址.该系统采用依次上电的方法,通过二叉树算法（见参考文献[4]）完成每个测量点的在线单总线器件地址,维护方便,方法如下：
（1）打开测控点1单总线器件电源,关闭其它测控点电源,通过“Search”键启动在
线搜索地址操作,LED显示“1” ,表示正在搜索测控点 1 单总线器件的地址.存储测控点 1单总线器件地址于 AT24C256.
（2）测量点1搜索完毕后,LED显示“2” ,打开测控点 2单总线器件电源,系统根据二叉树算法在线搜索测控点 2 单总线器件的地址,存储测控点 2 单总线器件地址于AT24C256.
（3）测量点 2 搜索完毕后,LED 显示“3” ,如有测控点 3,打开测控点单总线器件电源,搜索测控点 3 的器件地址,依次类推；如没有,按“OK”按键.
3.2 抗干扰软件设计
系统采用三种抗干扰方法：
（1）应用 AT89C55WD片上看门狗；
（2）采用 CRC 容错技术.
4.结论
本文作者的创新点（软硬件）：
（1）硬件均为可裁剪结构,组态灵活,各模块可以不依赖其他模块独立运行,运行方式
既可以自动又可以手动,该系统可以利用 485 异步串行通信总线联网,以适应各类不同档次用户的不同需要,根据不同组态,系统既可以适应高自动化程度的具有集散特征的大规模用户,又可适应各类中小散户应用.
（2）现场的单总线结构,所有的信号采集都可以挂在只有两条导线组成的单总线上,由
于农业温室各类参数变化均较缓慢,故可以采用串行分时复用的方式解决大量现场信息的传输问题,这就使得现场前向通道电路结构大大简化.