基于单总线的温度实时监控系统(YST).doc

课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸
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。1DS18B20
DS18B20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:
0
R1
R0
1
1
1
1
1
MSBLSB
R1、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。2DS2480B
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.
1
2
3
4
8
7
6
5
RXD
TXD
POL
VPP
GND
1-W
NC
VDD
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
6
POL
RXD/TXD选择端
7
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] DS18B20Programmable Resolution1—Wire Digital Thermometer
［2] DS2480BSerial 1—Wire LineDriver 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);
var
tsht， i， tmp1 ： smallint；
cr,cpc, tmpf，tmp ： Extended；
rbuf ： array［0.。9］ of smallint ;
st ： longint;
CRCByte ，xiaxianbyte： Byte；
begin
tmp ：= 0。00；
{access the device}
if (TMAccess(session_handle,＠StateBuf)= 1） then
begin
{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） then
begin
{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） do
TMValidSession（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 and
check the return value with 1｝
if （TMTouchBit(session_handle,＄01) = ＄01） then
begin
｛Access device｝
If （TMAccess(session_handle，@StateBuf) = 1 ) then
begin
｛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 for
each byte}
for i := 0 to 7 do
begin
rbuf［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 ） then
begin
{Calculate the temperarure
tsht := rbuf［0];
if (（rbuf[1］ and ＄01)= 1) then
tsht := tsht or （—256）；
tmp1 ：= Round（（tsht）/2）；
tmp := tmp1；
cr ：= rbuf［6］；
cpc ：= rbuf ［7］；
if （rbuf[7］ <〉 0） then
tmp ：= tmp — (0。25） + （cpc—cr）/cpc；｝
if （（rbuf[1］ and ＄F8）= ＄F8) then
BEGIN//温度为负值
END
ELSE
BEGIN//温度为正值
case (rbuf[4] and ＄60） of
＄00:
begin
tmp：=(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:
begin
fenbianlv2 ：=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：
begin
fenbianlv2 ：=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：
begin
fenbianlv2 :=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 then
xiaxian2 := （rbuf［3] and $7f) * （—1)
else
xiaxian2 := rbuf［3］ and ＄7f；
MessageBeep（0）;
TMEndSession（session_handle）；
Done ：= True；
end;
end;
end；
end；
end;
end；
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