數字溫度測量模塊LTM8003及其應用

摘要：LTM8003是一種新型數字溫度傳感器模塊，該模塊具有管理512個(gè)數字溫度傳感器的能力，它可利用其自身的RS-485口來(lái)和上位機一起構成數字多點(diǎn)測溫網(wǎng)絡(luò )系統，可廣泛應用于糧食、檔案庫等行業(yè)的溫度監測系統中，文中介紹了該模塊的特點(diǎn)、命令集及典型應用。

關(guān)鍵詞：數字溫度傳感器 測溫網(wǎng)絡(luò ) 一線(xiàn)總線(xiàn) DS18B20 LTM8003

1 概述

DS18B20是美國DLALAS公司生產(chǎn)的一種新型“一線(xiàn)總線(xiàn)”數字溫度傳感器，該傳感器具有接口簡(jiǎn)單、測溫范圍寬、測溫精度高等特點(diǎn)，其“一線(xiàn)總線(xiàn)”便于構成測溫網(wǎng)絡(luò )，可大大降低連線(xiàn)費用。但該模塊在構成大型測溫網(wǎng)絡(luò )應用時(shí)也存在一些不足，如測量距離短，“一線(xiàn)總線(xiàn)”允許掛接的傳感器數量較少、溫度讀寫(xiě)時(shí)序要求嚴格、溫度采集過(guò)程復雜等，這些缺點(diǎn)限制了它在大規模測溫網(wǎng)絡(luò )中的。

LTM8003是北京長(cháng)英新業(yè)數碼科技公司的產(chǎn)品，該模塊可獨立完成512個(gè)“一線(xiàn)總線(xiàn)”數字溫度傳感器的溫度采集及管理，當其和上位機采用RS-485組網(wǎng)應用時(shí)（一臺上位機可管理128臺LTM8003模塊），可輕松構成萬(wàn)點(diǎn)數字公測溫網(wǎng)絡(luò )。LTM8003的二極分布式結構可以使大型測溫結構變得簡(jiǎn)單、明了，又便于維護。

2 LTM8003結構特點(diǎn)

LTM8003模塊內部采用雙CPU結構，其中一個(gè)CPU用于數字溫度傳感器的管理及溫度采集，另一個(gè)則用于網(wǎng)絡(luò )通信，這樣，溫度數據的采集和網(wǎng)絡(luò )通信便可以相互隔離，從而大大縮短了數字溫度傳感器的測量周期，提高了數據采集速度。該模塊采集512點(diǎn)數據時(shí)僅需8.5s時(shí)間，LTM8003主要特性如下：

●可支持美國DALAS“一線(xiàn)總線(xiàn)”數字化溫度傳感器DS1820、DS18B20、DS1822等；

●測溫點(diǎn)數為1～512點(diǎn)；

●測溫范圍為-55～+125℃；

●測溫精度為±0.5℃；

●測溫分辨率為9～12位（0.0625℃）；

●測溫速度大于60點(diǎn)/s；

●支持傳感器二線(xiàn)或三線(xiàn)聯(lián)接方式；

●可自動(dòng)識別傳感器數量、ID自動(dòng)排序；

●與上位機采用RS-485通信，一臺上位機可帶128個(gè)模塊；

●信號光電隔離，隔離電壓大于2500V；

●波特率可在9600/19200/38400中選擇；

●在485總線(xiàn)上的傳輸距離為1200m；

●具有±15kV的ESD防護能力；

●支持synall、組態(tài)王等組態(tài)軟件；

●采用符合GB12476.1-90及IEC61241-1-1防爆標準機殼，密閉性好，防熏蒸；

●具有過(guò)壓、過(guò)流、突波、隔離、雷擊保護功能；

●使用12V/24V/48V直流電源；

●電源功耗為6～15W；

●具有數據CRC校驗能力；

●具有看門(mén)狗電路。

3 LTM8003模塊的引腳功能

LTM8003具有8個(gè)測試數據電纜通道，因此可連接8路數字溫度傳感器，每路可連接傳感器的個(gè)數為1～64。其連接方式為干線(xiàn)制或三線(xiàn)制，圖1所示是其連接方式示意圖。通常推薦采用三線(xiàn)制的連接方式，LTM8003模塊的外形及接口如圖2所示，其各接線(xiàn)端子及引腳說(shuō)明如下：

CHX（0～7）：測試電纜電源線(xiàn)，接傳感器Vcc端；

GND：測試電纜地線(xiàn)，接傳感器GND端；

DLX（0～7）：分支器控制線(xiàn)，接電纜分支LTM8120的DL信號；

DATA+：RS-485+；

DATA-：RS-485-；

24V+：接24V直流電源正端；

GND（24V）：接24V直流電源地線(xiàn)。

4 LTM8003使用特點(diǎn)

LTM8003模塊在使用時(shí)具有以下一些特點(diǎn)：

（1）可適應惡劣一半，LTM8003使用了隔離電源，因為24V的電源GND與傳感器的GND是分開(kāi)的；

（2）LTM8003可自動(dòng)識別傳感器數量并自動(dòng)為傳感器排序，從而大大方便了系統維護。同時(shí)克服了“一線(xiàn)總線(xiàn)”器件固有的排序無(wú)規律的特點(diǎn)，從而使現場(chǎng)應用更簡(jiǎn)單。其自動(dòng)排序過(guò)程如下：如果通道0掛接了4個(gè)傳感器a,b,c,d，則第一次上電后自動(dòng)排序為a,b,c,d，如因某傳感器故障更換了一個(gè)傳感器，則該傳感器自動(dòng)取代原傳感器序號。若b環(huán)換e則自動(dòng)排序為a,e,c,d，如新增傳感器f，則f自動(dòng)添加到最后。

（3）LTM8003使用時(shí)可以和上位機及傳感器構成二級網(wǎng)絡(luò )，即上位機的RS-485網(wǎng)和傳感器的“一線(xiàn)總線(xiàn)”總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

（4）“一線(xiàn)總線(xiàn)”通信距離主要與三個(gè)因素有關(guān)，一是同一根測溫電纜上的數字傳感器個(gè)數；二是測溫電纜的線(xiàn)間電容和導線(xiàn)電阻；三是現場(chǎng)信號的干擾情況。因此提高測溫距離的關(guān)鍵是選用線(xiàn)間電容小、屏蔽特性好的通信電纜。LTM8003模塊在使用雙絞線(xiàn)且每一根測溫電纜連接傳感器數量小于64的情況下，可保證8根測溫電纜的任何一根通信距離大于200m。

5 LTM8003的命令集

LTM8003命令的主要作用是完成上位機對模塊的配置管理和溫度采集任務(wù)。模塊為了避免多個(gè)設備在同一時(shí)間發(fā)送數據而導致競爭，所有的RS-485網(wǎng)的通信均由位機控制，并采用上位機主導的命令/響應方式，而模塊則不斷巡檢采集各傳感器溫度值。

LTM8003命令的語(yǔ)法模式為：

[命令符][地址][命令][數據][回車(chē)]

所有的命令以命令符開(kāi)始，共五個(gè)合法命令符：$、#、%、@、。命令符后面的兩個(gè)字符地址用于區別目標模塊，兩個(gè)字符命令緊跟在地址后面，不同的命令有不同的數據。所有命令都以回車(chē)結束。

LTM8003模塊的命令表如表1所列。

表1 LTM8003模塊命令表

由于LTM8003模塊支持組態(tài)軟件，所以可以很容易的由組態(tài)王等組態(tài)軟件來(lái)構成上位機監控采集界面。

6 典型應用

LTM8003具有管理512個(gè)數字溫度傳感器的能力，利用其自身的RS-485口，可以和上位機一起構成數字多點(diǎn)測溫網(wǎng)絡(luò )系統，該系統可廣泛應用于糧食、檔案庫等行業(yè)的溫度監測中，其具體應用領(lǐng)域有：

●糧庫糧情監測系統；

●樓宇自控系統；

●倉儲監測系統；

●空調火車(chē)車(chē)箱溫度測量系統；

●冷庫測量系統；

●發(fā)酵池罐溫度；

●電池溫度測量；

●配電柜觸點(diǎn)溫度測量；

●中央空調系統；

●農業(yè)溫度大柵；

●供熱網(wǎng)監測系統；

●電纜溝溫度監測。

筆者采用LTM8003設計的全數字化糧情監測系統方案如圖3所示。為了該系統現場(chǎng)安裝方便，其測量電纜采用主傳輸線(xiàn)+測溫電纜連接器+測試電纜的方式，并將測溫電纜及測溫點(diǎn)數進(jìn)行了合理分配。