多路高精度溫度采集裝置

摘要：本文給出多路高精度溫度采集裝置實現方案。

關鍵詞：DS18B20；完全二叉樹

引言

在許多傳統行業中，多路高精度溫度采集系統是不可或缺的。電廠、石化行業、鋼鐵廠以及制藥廠等企業生產過程中，普遍存在著需要進行溫度測量的場合。利用單片機和溫度傳感器組成的專用測溫系統由于具有結構簡單、工作可靠、價格低廉的優勢，而得到了廣泛的應用。應用在電力系統中，當電力機房中的控制柜、電纜、電容、開關過載或損壞時，都會產生巨大的熱量如不及時發現處理，往往會導致事故或火災的發生。

系統方案

本裝置結構可以大致分為：采集部分、供電電源系統、通訊部分。采集部分是通過主核心芯片AT89S52單片機和DALLAS最新單線式數字溫度傳感器DS18820組建采集網絡完成。DS18820采集溫度測量范圍為-55～＋125E，多個DS18820可以并聯在唯一的三線上，實現多點測溫，可節省大量的引線和邏輯電路。DS18820非常適用于遠距離多點溫度檢測系統，通過兩種通訊方式實時上傳溫度數據，這兩種通訊方式為RS485通訊和RS422通訊，在RS485通訊中筆者用ADI公司的串行RS485接口芯片ADM2483，它是雙電源供電，輸出和輸入完全隔離的RS485芯片，可以加強對有效信號的接受與發送，增加了遠距離通訊的可靠性。而RS422通訊實現了全雙工的通訊機制，在另一端采用光耦隔離的方式，將電源和信號隔離，增加了信息傳輸的正確率和抗干擾性，保證了信息的完整性。

系統硬件設計

采集電路

以AT89S52單片機為核心，外置看門狗X5045和一片11.0592MHz晶振構成最小單片機系統，應用AT89S52單片機的I／O口雙向傳輸數據的功能，P3.4與DSl8820一線總線連接，實現對DS18820進行讀取和寫入操作，在總線上加入一個上拉電阻，這個電阻可以根據加入網絡DSl8820的多少和采集距離的長短來改變電阻阻值。利用P3.0和P3.1特殊功能I／O口定義，做為通訊的收發器。P2.0應用AMD2483的使能控制引腳。在此應用JTAG標準仿真接口設計，通過JTAG接口將程序下載到AT89S52芯片中。實現操作功能。

電源

在進行系統運行時，不可缺少的就是電源的穩定性和可靠性，AMS1117-5.0具有限流和過熱自動關斷保護功能，其內置的帶隙基準可以保證輸出電壓的誤差精度。在輸出端需要連接一個至少10μf鉭電解電容用于提高輸出端的瞬態響應和穩定性。主要為單片機及周圍電路供電。B0505S-W5是金升陽公司的一款專門針對線路板上分布式電源系統中需要產生一組與輸入電源隔離的電源的應用場合而設計的，在此為內部隔離的ADM2483提供隔離電源和MAX488通訊提供隔離電源。從而使信號的傳輸更加可靠。

通訊

在通訊中分為RS485通訊和RS422通訊。RS485通訊采用的ADM2483是ADI公司的串行RS485接口芯片，采用雙電源供電，輸出和輸入完全隔離的RS485芯片，可以加強對有效信號的接收與發送，增加了遠距離通訊的可靠性。配合555的定時器的功能，EA_485在通常情況下處于低電平接收狀態，當TXD_IN有信號輸出時使能EA_485變為高電平，將數據發送出去。當發完這段數據時EA_485自動回到低電平接收狀態，發送數據這段時間是由R5 xC5決定的，能夠確定數據傳輸的完整性；RS422通訊上位機通過A、B端輸入命令，這是RS422接收器端口，Y、z接收命令，這是RS422的發送器端口。在RS422的另一端采用光耦隔離的方式，將電源和信號隔離，增加了信息傳輸的正確率和抗干擾性，保證了信息的完整性。LED、LED1分別指示信息接收指示和發送指示?？梢灾庇^的監測信息的傳輸過程。

系統軟件設計

在多路高精度測溫系統中，測溫單元能獨立進行數據采集與上位機的數據通訊，向上位機(主機)發送測量到的溫度數據，接收上位機發來控制指令，進行傳輸數據，與上位機通訊的指令采用定長的CDT代碼指令，并有CRC糾錯以保證數據正確傳輸。

在多點溫度測量系統中，單總線數字溫度傳感器(例如DSl81320)因其體積小、構成的系統結構簡單等優點，應用越來越廣泛。每一個數字溫度傳感器內均有唯一的64位序列號(最低8位是產品代碼，其后48位是器件序列號，最后8位是前56位循環冗余校驗碼)，只有獲得該序列號后才可能對其進行操作，也才能在多傳感器系統中將它們一一識別。由于傳感器序列號的最低8位為產品代號，“需要的位值”可按對應的值給出，關鍵是其后的48位器件序列號的識別。這里采用了“完全二叉樹”的排序思想。具體思路：設在K位首次發生數據位沖突，這時所有的傳感器分成兩類，即該位為1的傳感器和為0的傳感器。“需要的位值”給1，K位為1的傳感器仍掛接在總線上。若接下來K＋M、K＋N位發生數據位沖突，“需要的位值”仍分別給1，獲得一個序列號。下一個過程在K、K＋M位“需要的位值”仍給1，但在K＋N位則給0，獲得另一個傳感器的序列號。第三個過程在K位仍給1，而在K＋M位給0，在這條支路上繼續識別。K位為1的傳感器的序列號識別完后，回到K位時，“需要的位值”給0，按同樣的方法識別該支路的傳感器序列號。按此思路，多個傳感器的序列號只需要分別識別一次。

建立關系表后，編制好程序，系統可投入運行。讀取每個測溫點的溫度時，需要用到“符合”ROM命令，該命令要求將關系表中的序列號取出送到總線上，只有序列號與之相符的傳感器才掛接在總線上，可讀取其溫度。

綜上所述，用簡單的硬件以及編程方法自動建立關系表，在單總線多點溫度測量系統中實現了數字溫度傳感器的自動識別，大大有利于系統的調試、維護，減少維護工作量，并解決了過去維護工作必須由專業人員來完成，而不是由運行人員來完成的不便。

結語

此裝置采用51系列單片機作為主CPU，成本低，通訊可靠性好，實時性高，已經完成樣機試制，通過相關測試，并投入生產。本產品已經應用在電力系統監測蓄電池周圍八路各點溫度，并上傳給后臺。運行穩定，取得了良好的社會效益和經濟效益。