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    基于一線總線和溫度傳感器DS18820實現智能建筑溫度測試系統設計方案

    來源: elecfans
    2021-10-15
    類別:工業控制
    eye 9
    文章創建人 拍明芯城

    原標題:基于一線總線和溫度傳感器DS18820實現智能建筑溫度測試系統設計方案

      1、引言

      智能建筑是建筑技術與通信、計算機、控制等技術相結合的產物,樓宇自動化系統(BAS)是智能建筑的重要組成部分,它綜合傳感、計算機、控制和信息等技術,對建筑物的空調、電力、電梯、給排水、防火、防盜和視頻監控等設備實行綜合自動管理,具有安全保護、實時監控等功能。溫度測試系統是樓寧自動化中設備監控系統的主要子系統,主要用于測試智能建筑中不同區域的溫度,為智能建筑的空調系統和給排水系統的控制和調節提供數據。

      2、一線總線器件及系統硬件設計

      智能建筑溫度測試系統要求的測溫范圍為-40℃~120℃,誤差為±1.5℃。其中智能建筑內外部環境的測溫范圍為-40℃~45℃;通風道測溫范圍為-30℃~120℃;水管內水溫測溫范圍為O℃~100℃;根據各區域所需冷暖熱量的多少調節冷熱水量及空調送風量,實現建筑節能。綜合上述測溫范圍及系統實現的可行性,選擇基于一線總線的數字溫度傳感器DS18820實現溫度測量。采用DALLAS公司的一線總線通信協議,所有與測量主機的數據通信均通過一條數據線實現雙向數據傳輸。系統使用單一主機控制一個或多個從屬器件,所有主從器件通過漏極開路或三態端口連接到數據總線,每個器件在不發送數據時釋放總線。

      2.1 DS18820簡介

      DS18820是一款可組網的數字式溫度傳感器,支持直接數字輸出,零功耗等待,無需外部調理電路,結構簡單,可靠性高。適應電壓范圍在3.0~5.5 V,在寄生電源方式下可由數據線供電;雙向通訊通過單總線接口串行方式實現;通過編程可直接讀出 9~12位分辨率的數字溫度值,對應轉換時間為93.75~750 ms,對應溫度分辨率為0.5℃~0.062 5℃;溫度測量范同為-55℃~125℃,其中-10℃~85℃之間測量精度可達±0.5℃;64位全球唯一編碼保證聯網可靠尋址。DS18820的內部結構如圖1所示。圖1中D0為數據輸入/輸出端,該引腳為漏極開路輸出,常態下呈高電平。VDD是外部+5 V電源端,不用時接地。

      

    基于一線總線和溫度傳感器DS18820實現智能建筑溫度測試系統設計


      2.2 系統硬件設計

      測量主機的總線接口卡采用一線總線指令卡,指令卡一側接主機USB端口,另一側向現場提供總線。指令卡從USB接口獲取電流,向總線上所有微功耗組件統一供電,避免不同信號源和電源共處一個系統中的交互影響,提高系統抗干擾能力。通過把USB端口轉化為虛擬串口實現主機和總線的通訊,使用標準串口編程實現總線數據讀寫。一線總線技術使用分度號定義傳感器。指令卡把已處理信號和對應分度號、通道號送入主機實現數據實時顯示和存儲。DS18820的引腳DQ接一線總線數據線,VDD和GND引腳接總線地線,總線與一線指令卡對應的DQ、GND接線端相連。由于溫度信號實時性要求較低,采用數據總線供電(寄生供電)方式,VDD端無需接外部電源,DS18820從數據總線取電。

      3、系統軟件設計

      軟件主要實現計算機與指令卡的數據通訊和實時顯示、存儲。首先注冊登記要使用的溫度傳感器,將傳感器信息與分度號對應保存到指令卡中,同時,分配每個傳感器的通道號。程序運行中可隨時增減傳感器的數目。根據硬件的實際連接情況確定傳輸數據的虛擬串口,接收現場返回的溫度數據,對該數據的操作包括實時趨勢曲線顯示、歷史數據保存和重現等。設計程序由VB實現,采用ActiveX控件iPlotX實時顯示趨勢曲線。溫度采集流程如圖2所示。

      

    基于一線總線和溫度傳感器DS18820實現智能建筑溫度測試系統設計


      圖2中,初始化包括設置虛擬串口號、數據保存間隔。同時,由于溫度是緩變信號,應綜合系統控制需求合理設置采樣間隔。初始化完成后,打開虛擬端口,讀取指令卡數據。此時,如果傳感器未在指令卡上登記分度號和通道號,則需進行登記,同時需更改硬件連接。DS18820的DQ接指令卡REG口,指令卡自動讀取分度號、分配通道號并保存:如果主機中已保存指令卡數據信息,則可直接將其下載到指令卡中。指令卡中保存以分度號區別的各傳感器種類和以通道號區別的傳感器個數,下達采集指令后,通過一線總線獲得各傳感器的溫度數據。使用iPlotX控件畫圖時,可根據指令卡中傳感器數目使用AddChannel方法動態增減通道數目,并使用不同顏色曲線標識不同通道數據。趨勢曲線監控的同時,后臺根據初始化設置的存儲時間間隔將溫度數據保存至Ac-cess數據庫,作為歷史數據以供查詢需要。圖3為兩通道DS18820采集溫度數據的實時曲線。

      

    基于一線總線和溫度傳感器DS18820實現智能建筑溫度測試系統設計


      4、系統構建中的注意點

      總線上傳輸的數字數據是在傳感器中通過A/D轉換完成的,需一定的轉換時間,因此要合理設置采樣間隔。同時,由于采用串行數據傳送,連接DS18820的總線電纜有長度限制。若將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜,正常通訊距離可達150 m,在采用DS18820設計長距離測溫系統時,要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測溫電纜線采用屏蔽雙絞線,一對接地線與信號線,屏蔽層在源端單點接地。

      5、結論

      一線總線使用戶可方便地組建傳感器網絡,為測量系統的構建引入全新概念?,F場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸,大大提高了系統的抗干擾性。測溫范圍和精度完全滿足智能建筑溫度測量的需要,可提供環境溫度控制的實時數據,保證建筑物的舒適性和節能性。


    責任編輯:David

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