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分布式温度采集记录仪设计解析
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2017-10-20
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随着现代信息技术的飞速发展，分布式温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演了一个越来越重要的角色。因此，对温度采集控制系统的设计与研究就具有十分重要的意义。
系统总体设计方案
TMS320F2812是TI公司推出的150MHz高速处理能力的高精度定点数字信号控制器。本设计采用TMS320F2812作为数据处理与控制单元，以Maxim公司的单线数字温度计DS28EA00为基础，通过DSP控制温度传感器顺序采集各个测量点的温度，经处理送LED显示并暂存到外扩RAM中，当满足特定的要求时，将数据存储到U盘或SD卡以便于以后分析处理。温度采集记录仪的硬件电路主要包含6个部分：DS28EA00温度测量模块、USB接口模块、SD卡接口模块、外扩RAM模块、LED显示模块和TMS320F2812数字信号处理模块，系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
系统硬件设计
1 DS28EA00温度测量模块
① 温度传感器选型
实际环境复杂多变，通常要求温度传感器能够与DSP可靠地通信，易与供电及布线，并能明确区分出温度数据与温度传感器位置的对应关系，因此温度传感器的选型十分关键。传统的模拟温度传感测量系统测量精度低、布线复杂、易受干扰，而新型单片数字式温度传感器测量精度高、抗干扰能力强，应用范围越来越广。
DS28EA00是业界首款具有链路功能的1-Wire数字温度传感器，具有9位（0.5℃）～12位（1/16℃）分辨率，且带有可由用户编程设置的非易失（NV）性温度上、下限报警触发点，报警搜索命令能够快速确定温度超出设定范围的器件。每个DS28EA00都具有工厂预先刻度的唯一64位序列号，只需一根数据线和地线就可通过1-Wire协议完成串行传输数据，支持 15.3kb/s的标准通信速率和125kb/s（最大值）的高速通信速率。经改进的1-Wire接口具有滞回和干扰滤波特性功能，使得DS28EA00能够在大的1-Wire网络中可靠工作。并且，与其他1-Wire温度计不同，DS28EA00具有两个额外的引脚用以执行顺序检测功能。该特性允许用户将器件在链路中的物理位置与序列号对应，如用来测量贮存塔不同高度处的温度。DS28EA00的供电和数据通信都是借助这条1-Wire线完成的。
DS28EA00内部包括三个主要数据部分：（1）64位序列号，（2）64位暂存器，（3）报警和配置寄存器。所有1-Wire系统都有一个重要的基本特性：每个从机都有一个唯一、不能更改（ROM）的64位、工厂激光刻制序列号（ID），这个序列号永远不会与另一个器件重复。1-Wire ROM Function Control（1-Wire ROM功能控制）单元处理ROM功能命令，允许器件可以工作在一个多点网络环境中。Device Function Control（器件功能控制）单元用于实现对器件的特定操作和控制，如实现读/写、温度转换、设置顺序检测的链路状态。8bit CRC生成器在读取温度和寄存器数据时协助主机检验数据完整性。DSP通过GPIO口与DS28EA00的1-Wire（1线接口）总线接口相连进行通信
系统总体设计方案
TMS320F2812是TI公司推出的150MHz高速处理能力的高精度定点数字信号控制器。本设计采用TMS320F2812作为数据处理与控制单元，以Maxim公司的单线数字温度计DS28EA00为基础，通过DSP控制温度传感器顺序采集各个测量点的温度，经处理送LED显示并暂存到外扩RAM中，当满足特定的要求时，将数据存储到U盘或SD卡以便于以后分析处理。温度采集记录仪的硬件电路主要包含6个部分：DS28EA00温度测量模块、USB接口模块、SD卡接口模块、外扩RAM模块、LED显示模块和TMS320F2812数字信号处理模块，系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
系统硬件设计
1 DS28EA00温度测量模块
① 温度传感器选型
实际环境复杂多变，通常要求温度传感器能够与DSP可靠地通信，易与供电及布线，并能明确区分出温度数据与温度传感器位置的对应关系，因此温度传感器的选型十分关键。传统的模拟温度传感测量系统测量精度低、布线复杂、易受干扰，而新型单片数字式温度传感器测量精度高、抗干扰能力强，应用范围越来越广。
DS28EA00是业界首款具有链路功能的1-Wire数字温度传感器，具有9位（0.5℃）～12位（1/16℃）分辨率，且带有可由用户编程设置的非易失（NV）性温度上、下限报警触发点，报警搜索命令能够快速确定温度超出设定范围的器件。每个DS28EA00都具有工厂预先刻度的唯一64位序列号，只需一根数据线和地线就可通过1-Wire协议完成串行传输数据，支持 15.3kb/s的标准通信速率和125kb/s（最大值）的高速通信速率。经改进的1-Wire接口具有滞回和干扰滤波特性功能，使得DS28EA00能够在大的1-Wire网络中可靠工作。并且，与其他1-Wire温度计不同，DS28EA00具有两个额外的引脚用以执行顺序检测功能。该特性允许用户将器件在链路中的物理位置与序列号对应，如用来测量贮存塔不同高度处的温度。DS28EA00的供电和数据通信都是借助这条1-Wire线完成的。
DS28EA00内部包括三个主要数据部分：（1）64位序列号，（2）64位暂存器，（3）报警和配置寄存器。所有1-Wire系统都有一个重要的基本特性：每个从机都有一个唯一、不能更改（ROM）的64位、工厂激光刻制序列号（ID），这个序列号永远不会与另一个器件重复。1-Wire ROM Function Control（1-Wire ROM功能控制）单元处理ROM功能命令，允许器件可以工作在一个多点网络环境中。Device Function Control（器件功能控制）单元用于实现对器件的特定操作和控制，如实现读/写、温度转换、设置顺序检测的链路状态。8bit CRC生成器在读取温度和寄存器数据时协助主机检验数据完整性。DSP通过GPIO口与DS28EA00的1-Wire（1线接口）总线接口相连进行通信
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