一種多路溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

[摘要] 本設(shè)計(jì)針對(duì)溫度控制系統(tǒng)多點(diǎn)測量、擴(kuò)展性等特點(diǎn)，運(yùn)用主從分布式和總線分布式多機(jī)通訊方式思想，設(shè)計(jì)可用來遠(yuǎn)程操作，多個(gè)聯(lián)在一起用來檢測多部位的溫度從而提高精確度，并可通過計(jì)算機(jī)來控制，設(shè)置。本系統(tǒng)具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞] 溫度檢測 設(shè)計(jì) 巡回檢測 RS-485

多路溫度的檢測在現(xiàn)代許多場合，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日常生活等方面都廣泛應(yīng)用，如程控交換機(jī)室對(duì)溫度的限制，糧倉中糧溫的檢測以及區(qū)域性森林防火等，都需要大范圍集散分布檢測點(diǎn)對(duì)溫度等進(jìn)行監(jiān)測。

該系統(tǒng)以8051單片機(jī)系統(tǒng)為核心，采用RS-485串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位PC機(jī)發(fā)出各種控制命令，對(duì)各從單片機(jī)控制系統(tǒng)從機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場溫度采集，然后將數(shù)據(jù)送回主控PC機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

一、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

溫度檢測系統(tǒng)以8051單片機(jī)系統(tǒng)為核心，能對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制檢測。檢測單元測量結(jié)果通過顯示電路顯示出來，而且可以利用單片機(jī)串行口。系統(tǒng)框圖如圖1:

圖1原理框架

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多機(jī)互聯(lián)，用來檢測多點(diǎn)溫度，并進(jìn)行統(tǒng)一觀察，具有實(shí)時(shí)檢測功能，能夠檢測溫度范圍0℃～400℃。而且使用12位AD轉(zhuǎn)換，采用過采樣和工頻周期求均值技術(shù)，分辨率達(dá)到16位，檢測溫度變化最小值達(dá)到0.007℃。可設(shè)置溫度報(bào)警上下限，進(jìn)行設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間和溫度修正值，具有聲光報(bào)警功能，可顯示當(dāng)前溫度、時(shí)間、報(bào)警閾值等信息，多機(jī)互聯(lián)時(shí)從機(jī)之間可通過主機(jī)中轉(zhuǎn)進(jìn)行通信，根據(jù)用戶需要觀察其他從機(jī)實(shí)時(shí)溫度值。

二、溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溫度信號(hào)的放大

熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。所以通常將其放在電橋橋臂上，溫度變化時(shí)，熱電阻兩端的電壓信號(hào)被送到儀器放大器AD620的輸入端，經(jīng)過儀器放大器放大后的電壓輸出送給A/D轉(zhuǎn)換芯片，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。電路原理圖如圖2所示。對(duì)信號(hào)放大，我使用了低價(jià)格、高精度的儀器放大器AD620，它運(yùn)用方便，可以通過外接電阻方便的進(jìn)行各種增益（1-1000）的調(diào)整。其增益計(jì)算公式為:。由于A/D檢測到的模擬電壓值，計(jì)算可到RT值，然后利用公式求出溫度值:其中。

實(shí)際測量中，為提高測量精度，我們分兩擋進(jìn)行測量，當(dāng)溫度處于0℃～199.9℃時(shí)，繼電器J2所在橋臂電阻為 ，繼電器J1選擇AD620的反饋電阻R5，溫度處于-199.9～0℃時(shí)，控制繼電器J2將電阻R31串接上，并相應(yīng)控制繼電器J1選擇R6做為AD620的反饋電阻，在切換橋臂電阻時(shí)同步改變放大倍數(shù)，從而達(dá)到自動(dòng)改變量程、提高測量精度的目的。

圖2熱電阻測溫電路圖

三、系統(tǒng)主要電路設(shè)計(jì)

1.通訊電路的設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)串行口輸出的是TTL電平，要想實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，必須要將其轉(zhuǎn)換成常用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口電平，如RS-232或RS-485。其中RS-232適于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合，其邏輯電平與TTL、MOS邏輯電平完全不同，需要用MAX232驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。其主要缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短（不超過30m），抗干擾能力差。RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，它通過傳輸線驅(qū)動(dòng)器把邏輯電平變換為電位差，完成信號(hào)的傳遞，具有傳輸速率快、傳送距離長（可傳1200m）、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。所以本系統(tǒng)使用RS-485總線進(jìn)行傳輸，采用MAX485驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

2.主機(jī)電路的設(shè)計(jì)

主控機(jī)主要負(fù)責(zé)控制從機(jī)，包括設(shè)置從機(jī)信息和收集從機(jī)檢測信號(hào)，然后將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、顯示、打印，并能根據(jù)用戶設(shè)置的報(bào)警閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。這部分的硬件電路設(shè)計(jì)除了鍵盤、液晶、打印機(jī)等常規(guī)外設(shè)外，增加了一片24C04用來保存溫度數(shù)據(jù)，另外，增加了一片日歷時(shí)鐘芯片PCF8563。

24C04是基于I2C總線的串行E2PROM，存儲(chǔ)容量512個(gè)字節(jié)，它占用單片機(jī)資源很少，僅占用了兩根I/O線，數(shù)據(jù)一旦寫入可保存100年，避免了普通RAM掉電保護(hù)的麻煩，非常適合于各類儀器儀表和控制裝置的參數(shù)保存。

主控機(jī)每個(gè)整點(diǎn)收集一次數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存到E2PROM。每個(gè)溫度數(shù)據(jù)占用2個(gè)字節(jié)，這樣，我們?cè)O(shè)計(jì)共保存24組歷史數(shù)據(jù)，占用192個(gè)字節(jié)。當(dāng)存滿24組數(shù)據(jù)后，整點(diǎn)再次接收數(shù)據(jù)時(shí)，將最早保存的數(shù)據(jù)刪除，其他數(shù)據(jù)依次前移為新數(shù)據(jù)空出位置。

PCF8563是低功耗的CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘或日歷芯片，它提供一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，一個(gè)中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過I2C總線串行傳遞。

四、結(jié)論

在本設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了用PC機(jī)代替單片機(jī)作為檢測系統(tǒng)的主控制器，可實(shí)現(xiàn)在各種環(huán)境下對(duì)多點(diǎn)溫度的遠(yuǎn)距離測量，另外通過系統(tǒng)的軟件控制可隨時(shí)設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間及溫度的修正；具有實(shí)時(shí)檢測功能，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn):

[1]李朝青:單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003

[2]李文英劉星:微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2001

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。