現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在樓宇自動(dòng)化溫度測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

DS18B20是由DALLAS所生產(chǎn)的基于1-Wire新一代數(shù)字溫度傳感器。該系列產(chǎn)品有DS1820、DS1822、DS18S20、DS18B20等，DS18B20性能最好，其溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位數(shù)可編程到12位。DS18B20采用3腳TO-92封裝為主，其外形如小功率三極管。因每一個(gè)DS18B20都有一個(gè)自己特有的64位芯片ID序列號(hào)，可以在一條信號(hào)線(xiàn)上掛接任意多個(gè)數(shù)字式傳感器。表1為分辨率0.0625°C時(shí)溫度/數(shù)字量關(guān)系表。2.1DS18B20特點(diǎn)

（1）獨(dú)有的1-Wire接口，只需一個(gè)端口管腳進(jìn)行通信；
（2）可簡(jiǎn)單構(gòu)成分布式多分支溫度測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)；
（3）不需要任何外圍元件；
（4）可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行寄生電源供電；
（5）測(cè)溫范圍為-55~+125℃；
（6）測(cè)量精度在-10~+85℃測(cè)溫范圍內(nèi)時(shí)為0.5℃；
（7）可編程9~12位數(shù)字溫度計(jì)，相應(yīng)分辨率為0.5~0.0625°C，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間分別為93.75ms與750ms；
（8）用戶(hù)可定義非易失性溫度報(bào)警設(shè)置及識(shí)別。


2.2DS18B20的工作時(shí)序與命令

DS18B20采用嚴(yán)格的單總線(xiàn)通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類(lèi)型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、讀/寫(xiě)０和讀/寫(xiě)１。所有這些信號(hào)，除了應(yīng)答脈沖以外，都由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)。命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。單總線(xiàn)系統(tǒng)中主設(shè)備首先對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，以確認(rèn)總線(xiàn)上有DS18B20在線(xiàn)并做好了操作的準(zhǔn)備，再可執(zhí)行ROM功能命令，然后方可執(zhí)行存儲(chǔ)器功能命令以進(jìn)行啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)器操作等控制功能。初始化時(shí)序中，主機(jī)先通過(guò)拉低總線(xiàn)至少480μs，產(chǎn)生復(fù)位脈沖信號(hào)（Tx），接著主機(jī)釋放總線(xiàn)，并進(jìn)入接收模式（Rx），上拉電阻將單總線(xiàn)拉高；之后，在單總線(xiàn)器件檢測(cè)到上升沿后，延時(shí)15~60μs，接著通過(guò)拉低總線(xiàn)60~240μs，以產(chǎn)生在線(xiàn)應(yīng)答脈沖。

DSl8B20的ROM功能命令如表2所示。
DSl8B20的存儲(chǔ)器功能命令如表3所示。




3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成

本設(shè)計(jì)中樓宇自動(dòng)化溫度測(cè)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)選用兩級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，即由上位管理機(jī)、LonTalk適配器以及多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成。中央PC機(jī)控制節(jié)點(diǎn)的接口采用Echelon的PCLTA-10PCLonTalk適配卡。該卡是高性能的16位ISA總線(xiàn)LonWorks接口卡，系統(tǒng)中通信介質(zhì)為雙絞線(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)采用基于LonWorks總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)模型，節(jié)點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)監(jiān)控的需要進(jìn)行開(kāi)放增減。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線(xiàn)方式，通信位率設(shè)為78.125kbps時(shí)，LonWorks總線(xiàn)任意兩節(jié)點(diǎn)之間的通信距離可以達(dá)到2700m，完全可以滿(mǎn)足樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的通信要求。上位機(jī)通過(guò)LonTalk適配器與LonWorks總線(xiàn)相連，用于整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理、分析及網(wǎng)絡(luò)通信檢測(cè)等。

圖2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2智能溫度節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用基于主機(jī)的LonWorks智能節(jié)點(diǎn)，如圖3所示。選用ATMEL增強(qiáng)型Flash單片機(jī)AT89S52作為主處理器以完成主要的測(cè)控任務(wù)，其內(nèi)嵌8kFlashROM，軟硬件上兼容AT89C52，但其最大的特點(diǎn)是集成了ISP接口，可直接在目標(biāo)板上進(jìn)行在系統(tǒng)編程，為用戶(hù)帶來(lái)了極大的方便；單總線(xiàn)上掛接的DS18B20采用外接VCC方式而未用寄生供電，以便除了正常測(cè)量各點(diǎn)室溫外，還可在火災(zāi)初期等異常情況下能準(zhǔn)確工作；利用8155擴(kuò)展I/O，以對(duì)顯示、鍵盤(pán)、超溫報(bào)警等電路進(jìn)行接口，此外還通過(guò)溫控輸出單元對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行新回風(fēng)、送排風(fēng)、噴淋管等閥門(mén)進(jìn)行控制，達(dá)到控溫的目的；Neuron芯片采用CYPRESS的CY53120，以其為核心再通過(guò)收發(fā)器FFT-10A完成LonTalk協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)事件調(diào)度完成用戶(hù)定義的各種計(jì)算、I/O事件處理及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文處理等功能；收發(fā)器通過(guò)與Lon網(wǎng)接口負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)連入網(wǎng)絡(luò)。

圖3智能溫度節(jié)點(diǎn)原理框圖