基于DSP的分布式溫度采集記錄儀的設計與實(shí)現

隨著(zhù)現代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，分布式溫度測量控制系統在工業(yè)、農業(yè)及人們的日常生活中扮演了一個(gè)越來(lái)越重要的角色。因此，對溫度采集控制系統的設計與研究就具有十分重要的意義。

系統總體設計方案

TMS320F2812是TI公司推出的150MHz高速處理能力的高精度定點(diǎn)數字信號控制器。本設計采用TMS320F2812作為數據處理與控制單元，以Maxim公司的單線(xiàn)數字溫度計DS28EA00為基礎，通過(guò)DSP控制溫度傳感器順序采集各個(gè)測量點(diǎn)的溫度，經(jīng)處理送LED顯示并暫存到外擴RAM中，當滿(mǎn)足特定的要求時(shí)，將數據存儲到U盤(pán)或SD卡以便于以后分析處理。溫度采集記錄儀的硬件電路主要包含6個(gè)部分：DS28EA00溫度測量模塊、USB接口模塊、SD卡接口模塊、外擴RAM模塊、LED顯示模塊和TMS320F2812數字信號處理模塊，系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

系統硬件設計

1 DS28EA00溫度測量模塊

① 溫度傳感器選型

實(shí)際環(huán)境復雜多變，通常要求溫度傳感器能夠與DSP可靠地通信，易與供電及布線(xiàn)，并能明確區分出溫度數據與溫度傳感器位置的對應關(guān)系，因此溫度傳感器的選型十分關(guān)鍵。傳統的模擬溫度傳感測量系統測量精度低、布線(xiàn)復雜、易受干擾，而新型單片數字式溫度傳感器測量精度高、抗干擾能力強，應用范圍越來(lái)越廣。

DS28EA00是業(yè)界首款具有鏈路功能的1-Wire數字溫度傳感器，具有9位(0.5℃)～12位(1/16℃)分辨率，且帶有可由用戶(hù)編程設置的非易失(NV)性溫度上、下限報警觸發(fā)點(diǎn)，報警搜索命令能夠快速確定溫度超出設定范圍的器件。每個(gè)DS28EA00都具有工廠(chǎng)預先刻度的唯一64位序列號，只需一根數據線(xiàn)和地線(xiàn)就可通過(guò)1-Wire協(xié)議完成串行傳輸數據，支持 15.3kb/s的標準通信速率和125kb/s(最大值)的高速通信速率。經(jīng)改進(jìn)的1-Wire接口具有滯回和干擾濾波特性功能，使得DS28EA00能夠在大的1-Wire網(wǎng)絡(luò )中可靠工作。并且，與其他1-Wire溫度計不同，DS28EA00具有兩個(gè)額外的引腳用以執行順序檢測功能。該特性允許用戶(hù)將器件在鏈路中的物理位置與序列號對應，如用來(lái)測量貯存塔不同高度處的溫度。DS28EA00的供電和數據通信都是借助這條1-Wire線(xiàn)完成的。

DS28EA00內部包括三個(gè)主要數據部分：(1)64位序列號，(2)64位暫存器，(3)報警和配置寄存器。所有1-Wire系統都有一個(gè)重要的基本特性：每個(gè)從機都有一個(gè)唯一、不能更改(ROM)的64位、工廠(chǎng)激光刻制序列號(ID)，這個(gè)序列號永遠不會(huì )與另一個(gè)器件重復。1-Wire ROM Function Control(1-Wire ROM功能控制)單元處理ROM功能命令，允許器件可以工作在一個(gè)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中。Device Function Control(器件功能控制)單元用于實(shí)現對器件的特定操作和控制，如實(shí)現讀/寫(xiě)、溫度轉換、設置順序檢測的鏈路狀態(tài)。8bit CRC生成器在讀取溫度和寄存器數據時(shí)協(xié)助主機檢驗數據完整性。DSP通過(guò)GPIO口與DS28EA00的1-Wire(1線(xiàn)接口)總線(xiàn)接口相連進(jìn)行通信，如圖2所示。

圖2 測溫模塊原理圖

② DS28EA00的序列檢測硬件電路連接

DS28EA00的鏈路功能允許1-Wire主機檢索以線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )(“鏈”)方式連接的器件，找出其物理順序，這對于那些沿長(cháng)電纜等間距安裝的器件是非常方便的。鏈路功能需要兩個(gè)引腳，輸入引腳(EN)使器件在檢測過(guò)程中能對檢測做出響應，而輸出引腳(DONE)用于通知鏈路中的下一個(gè)器件其相鄰器件的檢測已完成。

DS28EA00的兩個(gè)通用端口被復用以實(shí)現鏈路功能。PIOB被復用為EN輸入，PIOA產(chǎn)生DONE信號并與下一個(gè)器件的EN輸入相連，鏈路中第一個(gè)器件的EN輸入需連接至GND，序列檢測時(shí)的連接(由DSP充當1線(xiàn)主機)如圖3所示。

2 USB接口模塊

本系統采用Cypress公司生產(chǎn)的嵌入式USB接口芯片SL811HST，內含USB主/從控制器，支持全速(full-speed)/低速(low-speed)數據傳輸，并能自動(dòng)識別低速或者全速設備，SL811HST所提供的接口可與微控制器、DSP相連。此外，SL811HST內部有一個(gè)256字節的RAM，可用做控制寄存器或數據緩沖器。本系統中USB設備映射TMS320F2812外擴0區域，USB接口模塊硬件電路圖如圖4所示。

圖4 USB接口模塊硬件電路圖

3 SD卡接口模塊

目前市場(chǎng)上已出現了容量高達GB容量的SD卡，可以通過(guò)SPI口或并行(SD)接口與主機通信，另外還提供額外的引腳用來(lái)檢測卡的存在以及是否寫(xiě)保護。在SPI總線(xiàn)模式下，CS為主控制器向卡發(fā)送的片選信號，SCLK為主控制器向卡發(fā)送的時(shí)鐘信號，DI(Data In)為主控制器向卡發(fā)送的單向數據信號，DO(Data Out)為卡向主控制器發(fā)送的單向數據信號。若想更高速的通信則選擇SD模式通信，可以采用GPIO接口滿(mǎn)足特定的SD規范。

系統軟件設計

系統軟件設計是本文的重點(diǎn)，主要包括三部分內容：DSP與DS28EA00的通信、DSP與SD卡的通信，DSP與USB設備的通信。

1 DSP與DS28EA00的通信

DS28EA00需要嚴格的通信協(xié)議確保數據的完整性，該協(xié)議在一根線(xiàn)上定義了四種類(lèi)型的信號：由復位脈沖和在線(xiàn)應答脈沖組成的復位序列、寫(xiě)0、寫(xiě)1、讀數據。DS28EA00能以標準速率或高速兩種不同的速率進(jìn)行通信，且所有波形均采用快速定時(shí)。DSP通過(guò)1-Wire端口訪(fǎng)問(wèn)DS28EA00的操作流程如下。

● DS28EA00初始化

1-Wire 總線(xiàn)上的所有操作均從初始化開(kāi)始，初始化過(guò)程由DSP發(fā)送的復位脈沖和從器件發(fā)送的在線(xiàn)應答脈沖組成，在線(xiàn)應答脈沖用于通知DSP DS28EA00已掛接在總線(xiàn)上并已準備就緒。

● ROM功能命令

一旦DSP檢測到在線(xiàn)應答脈沖，就可以發(fā)出DS28EA00支持的8條ROM功能命令中的一條，所有ROM功能命令的長(cháng)度均為8位。