温度测量作为 1-Wire 技术应用示例
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本文介绍了如何使用 COneWire 类制作 DS9097E 适配器并通过其读取 DS18B20 传感器的数据。
引言
1-Wire 技术由 Dallas Semiconductor 公司发明[1]。它是一种设备通信总线系统，使用两根线进行数据传输：一根用于接地，另一根用于供电和数据。通信在主设备（PC、微型计算机）和从设备（存储器 EPROM、温度传感器、A/D 转换器、实时时钟等）之间进行。尽管 1-Wire 技术已经存在很久，但它仍在许多行业中得到应用。本文的目的是描述如何自行构建 DS9097E 适配器并与其进行通信。在互联网上，您可以找到许多与 1-Wire 设备通信的程序，但我的 COneWire 类的实现更有效，并且可以轻松地适应特定应用。我使用了 OpenGL 库来可视化温度测量。
DS9097E 适配器准备
如果您不擅长焊接电子元件，可以购买 DS9097E 适配器。但我认为自己动手做会是一次不错的且免费的体验。
所需元件
- 5x7 针脚印刷电路板。
- 两颗 BAT85 肖特基二极管。
- 一颗 3.9V 齐纳二极管。
- 一颗 6.2V 齐纳二极管。
- 一颗 1.5K 欧姆电阻。
- 一个 RS232 母头连接器。
- 两芯电缆。
- 一个或多个 DS18B20 温度传感器。
图 1 描述了电路图。连接二极管时要小心，因为它们有“+”和“-”极性。成品设备如图 2 所示。从图 2 可以看出，DS18B20 传感器有三个引脚，而我们只使用了两个，为什么呢？DS18B20 传感器有两种工作模式。第一种是“正常模式”，所有引脚都连接（地、数据输入/输出和供电电压）。第二种模式是地与供电连接，传感器使用“寄生电源”工作。图 3 显示了焊接好元件的成品电路板。
注意 1：先插入适配器，再开启电脑。
注意 2：如果适配器焊接错误，可能会损坏您的主板。
上面介绍的 DS9097E 适配器应连接到串行端口（COM 端口）。如果您没有 COM 端口，可以使用 USB 转 RS232 转换器。它会创建一个虚拟 COM 端口，其功能与典型串行端口相同。
OpenGL 和 TMEX SDK 组件的安装
要使用本文中的程序，您需要先安装 GLUT 库[2]。头文件 gl.h、glut.h 和 glu.h 应该位于 c:\Program Files\Microsoft Visual Studio\Vc98\Include\GL。这可以在 glut.h 文件中更改。为了使用 1-Wire 设备，Dallas Semiconductor 公司[1]提供了自己的驱动程序。这些驱动程序包含在 TMEX SDK 库[3]中。在 COneWire 类中，我加载了“IBFS32.DLL”库并获取了库中函数的访问入口点。在程序的目录下，应该放置“IBFS32.DLL”以及“IB97E32.DLL”。在 TMEX SDK 文档中，您可以找到一个表格，其中列出了适用于不同操作系统的正确 DLL 文件。
COneWire 和 CDS18B20 类的实现
加载库并在 COneWire 的构造函数中设置初始值后，应该使用 StartSesion 函数。如果 1-Wire 设备通过 DS9097E 适配器连接到 COM 端口，该函数应提供设备的句柄。变量 iPortNum 和 iPortType 分别是 COM 端口号和端口类型，端口类型取决于适配器类型。可能的适配器类型在 OneWire.h 头文件中列出。
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// Initializing MicroLan for specified iPort, iPortType.
////////////////////////////////////////////////////////////
bool COneWire::StartSession()
{
int result;
if (hInst != NULL)
{
SHandle = TMExtendedStartSession(iPortNum,iPortType,NULL);
if(SHandle > 0)
{
// must be called before any non-session functions can be called
result = TMSetup(SHandle);
if(result == 1)
{
// MicroLan is valid and setup
iError = OW_NO_ERROR;
return true;
}
else if(result == 0)
{
iError = OW_SETUP_FAILED;
return false;
}
else if(result == 2)
{
iError = OW_SETUP_MICROLAN_SHORTED;
return false;
}
else if(result == 3)
{
iError = OW_SETUP_MICROLAN_NOT_EXIST;
return false;
}
else if(result == 4)
{
iError = OW_SETUP_NOT_SUPPORTED;
return false;
}
else
{
iError = OW_SESSION_INVALID;
return false;
}
}
else if(SHandle == 0)
{
iError = OW_SESSION_PORT_NOT_AVAILABLE;
return false;
}
else if(SHandle == -1)
{
iError = OW_SESSION_NO_DRIVER;
return false;
}
else
{
iError = OW_FUN_TMExtendedStartSession;
return false;
}
}
iError = OW_SESSION_NO_DRIVER;
return false;
}
当不再需要 1-Wire 设备时，应调用 EndSession 函数。然后，可以启动新的会话。
////////////////////////////////////////////////////////////
// Closing current session for 1-Wire devices.
////////////////////////////////////////////////////////////
bool COneWire::EndSession()
{
int result;
if(SHandle > 0)
{
result = TMEndSession(SHandle);
SHandle = NULL;
if(result == 1)
{
iError = OW_NO_ERROR;
return true;
}
else if(result == 0)
{
iError = OW_SESSION_HANDLE_ALREADY_INVALID;
return false;
}
else
{
iError = OW_FUN_TMEndSession;
return false;
}
}
else
{
iError = OW_SESSION_STOPPED;
return false;
}
}
当会话成功初始化后，应调用 FindDevices 函数。所有连接的 1-Wire 设备都会被检测到，并且它们的唯一 ROM 代码会被存储在 ROM 表中。FindDevices 函数还会检查获取到的 ROM 代码在数据发送过程中是否损坏。
////////////////////////////////////////////////////////////
// Finding all connected 1-Wire devices. The function
// returns number of all devices that were found.
////////////////////////////////////////////////////////////
int COneWire::FindDevices()
{
int didsetup,result, <doce>DevId,i;
if (SHandle > 0)
{
didsetup = 0;
DevId = 0;
while(1)
{
// check to see if TMSetup has been done once
if (!didsetup)
{
result = TMSetup(SHandle);
if(result == 1)
didsetup = 1;
else if(result == 0)
{
iError = OW_SETUP_FAILED;
return 0;
}
else if(result == 2)
{
iError = OW_SETUP_MICROLAN_SHORTED;
return 0;
}
else if(result == 3)
{
iError = OW_SETUP_MICROLAN_NOT_EXIST;
return 0;
}
else if(result == 4)
{
iError = OW_SETUP_NOT_SUPPORTED;
return 0;
}
else
{
iError = OW_SESSION_INVALID;
return 0;
}
}
else
{
// only get the next rom after setup complete
result = TMNext(SHandle,(void far*)StateBuffer);
if (result > 0)
{
ROM[DevId][0] = 0;
result = TMRom(SHandle,(void far *)StateBuffer,(short far *)ROM[DevId]);
//CRC check:
CRC8 = 0;
for(i=0;i<7;i++)
DoCrc((unsigned char)ROM[DevId][i]);
if(DoCrc((unsigned char)ROM[DevId][7]) != 0)
{
iError = OW_CRC_ERROR;
for (i = 0; i < 8; i++)
ROM[DevId][i] = 0;
return 0;
}
DevId++;
}
else
break;
}
}
}
else
{
iError = OW_SESSION_INVALID;
return 0;
}
if(!DevId)
{
iError = OW_ZERO_DEVICES;
return 0;
}
iError = OW_NO_ERROR;
NumberOfDev = DevId;
return NumberOfDev;
}
Dallas Semiconductor 公司[1]提供的所有 1-Wire 设备都包含两组命令。第一组是所有设备通用的（例如，设备查找、跳过 ROM 命令），第二组仅适用于一种 1-Wire 设备（例如，温度转换）。这就是为什么我编写了基类 COneWire 和其派生类 CDS18B20。ReadTemperature 函数修改两个变量 CurrTemp 和 PrevTemp。它还检查发送到 PC 的数据是否损坏。
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// Procedure for reading temperature from specified device.
////////////////////////////////////////////////////////////
bool CDS18B20::ReadTemperature()
{
unsigned char DATA[10];
unsigned long st;
int i;
if (TMAccess(SHandle,&StateBuffer) != 1)
{
iError = OW_NO_PRESENCE;
return false;
}
if(!Reset())
{
iError = OW_NO_PRESENCE;
return false;
}
TMTouchByte(SHandle,0x55);
if(!SendROM())
{
iError = OW_NO_PRESENCE;
return false;
}
TMOneWireLevel(SHandle,0,1,2);
TMTouchByte(SHandle,0x44);
st = GetTickCount() + 1000;
while (GetTickCount() < st)
TMValidSession(SHandle);
TMOneWireLevel(SHandle,0,0,0);
if(!Reset())
{
iError = OW_NO_PRESENCE;
return false;
}
TMTouchByte(SHandle,0x55);
if(!SendROM())
{
iError = OW_NO_PRESENCE;
return false;
}
TMTouchByte(SHandle,0xBE);
// check CRC8
CRC8 = 0;
for(i=0;i<8;i++)
{
DATA[i] = (unsigned char)TMTouchByte(SHandle,(short)0xFF);
DoCrc(DATA[i]);
}
if(DoCrc((unsigned char)TMTouchByte(SHandle,(short)0xFF)) != 0)
{
iError = OW_CRC_ERROR;
return false;
}
iError = OW_NO_ERROR;
PrevTemp = CurrTemp;
// TLSB -> DATA[0], TMSB -> DATA[1]
CurrTemp = ((float)DATA[0] + ((float)DATA[1]*256.0f))/16.0f;
return true;
}
用法
// connecting to com port 1
CDS18B20 term("IBFS32.DLL",OW_ADAPTER_DS9097E,1);
void main()
{
Resolution res;
short th,tl;
if(term.StartSession())
{
if(!term.FindDevices())
exit(-1);
term.SetDevice(0); // selecting the firs device
term.ReadScratchpad(&res,&tl,&th);
// setting resolution to 12-bit,
// low temp. alarm 0 deg., high temp. alarm 20 deg.
if(res != DS18B20_RES_12)
// if resolution in DS18B20 is less than 12 then change it
{
term.WriteScratchpad(DS18B20_RES_12,0x0,0x14);
term.CopyScratchpadToEEPROM(); // copies settings to EEPROM
}
}
/* ... */
while(!_kbhit())
{
if(term.ReadTemperature() &&
(term.GetCurrTemp() != term.GetPrevTemp()))
{
/* display temperature */
}
}
term.EndSession();
}
结论
COneWire 类能够与不同种类的 1-Wire 设备进行通信。它提供了许多有用的函数，用于发送和接收命令、读写暂存器等等。本文介绍了 1-Wire 设备的常见应用，例如测量最重要的物理参数——温度。