基于４８５總線的溫度監控系統

摘要：介紹了一種基于485總線的溫度監控系統的設計與實現。系統采用上位機和下位機設計，下位機通過溫度傳感器監測溫度，與預置溫度比較后執行任務；上位機和下位機通過主從應答方式交換數據信息。在上位機端的PC上實現了對多路傳感器傳來的溫度信息入庫保存、打印、溫度變化歷史曲線繪制等功能。

關鍵詞：RS485總線；溫度監控；多路傳感器；數據庫

引言

RS-485，總線由于平衡差分傳輸的特性，具有抗干擾能力強，傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現多站遠距離通信，組網方便，成本低廉，因此在工業控制領域得到廣泛應用。

本系統是基于RS-485總線的遠程多路溫度監測、控制系統，上位機是一臺PC，下位機是多個以AT98S51為控制器的溫度傳感器。工作時，下位機會向上位機發出本機地址和詢問預置溫度的請求。上位機獲得下位機地址后，就知道那些地址的下位機已啟動并根據請求把相應的預置溫度發給下位機，此后每隔一定時間逐一詢問已啟動的下位機測定的溫度信息，獲得溫度值后存入數據庫并實時顯示當前各路傳感器測定溫度，當溫度過高時，會告警提示。下位機獲得預置溫度后，開始對傳感器的數據采集和溫度測量。當溫度低干預置溫度時，接通加熱器加熱溫度，溫度過高時，接通制冷設備加速降溫，同時把溫度信息傳回上位機，溫度超出范圍后，還會以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數據庫，并實時顯示，系統還具備數據庫管理、溫度變化曲線繪制等功能。當下位機掉電重啟后，會向上位機重新問詢獲得掉電前的預置溫度。

溫度監控系統由傳感器電路、信號調整電路、A/D采樣電路、控制電路、監控主機組成?；竟ぷ髟硎牵簜鞲衅麟娐穼⒏惺艿降臏囟刃盘栆噪妷盒问捷敵?，經調整電路變換到TTL電平、由A/D采樣后將數字量送給單片機控制電路，單片機根據開機時上位機傳來的設定溫度判斷作何種控制，如溫度未到設定溫度，經驅動控制繼電器閉合接通加熱器，如溫度過高則接通制冷設備加速降溫。單片機還將所測溫度在數碼管上顯示，并在上位機詢問時把測量溫度送到上位機入庫。系統框圖如下圖1。

系統實現

硬件設計

AT89S51是ATMEL公司的可在線編程的單片機，它價格低廉，且支持在系統編程(ISP)，方便設計者開發調試。溫度傳感器選用NS公司生產的LM35，它具有很高的工作精度和較好的線性工作范圍，測溫范圍為-55℃-+150℃，完全適用于一般的測溫場合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比，無需外部校準即可提供1/4℃的測量精度。信號調整電路將傳感器電路輸出的變化范圍為2V左右的直流電壓，調整為TTL電平，以便與A/D兼容。由于單片機IO口有限，在對測溫實時性要求不是太高的情況下，A/D變換采用8位串行A/D轉換器ADC0832，它與單片機的IO連線只有三根，減少了IO占用量。四個數碼管的數據端都接到單片機P1口，控制端由P2[3，0]控制，利用定時器中斷觸發，每次只接通一個數碼管，顯示相應數值，利用分時顯示在數碼管上顯示溫度值。當溫度變化時，A/D采集調整電路輸出電壓值，送單片機，單片機根據采樣值判定溫度，通過數碼管顯示溫度值并回饋上位機。原理圖如圖2所示。

軟件設計

下位機軟件設計

下位機的軟件是在Keil uVision2下，使用C語言開發的。下位機的軟件設計中，主要解決三個問題：一是ADC0832的控制位寫入。根據數據手冊，在時鐘上升沿寫入配置字即可，但按此方法始終不能正確讀出數據，后來經過試驗，在寫入配置字的每一位后，還要在負跳變前把數據翻轉，配置字才能正確寫入。二是數碼管上溫度值的顯示。最后采用中斷方案，每隔10ms進入中斷程序，循環選通各個數碼管，分時顯示對應的數字值。三是A/D采樣數據的處理，為避免因干擾而造成A/D采樣數據不穩定，這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續采樣七次，去掉最高值和最低值，其余五次取平均值來獲得A/D采樣的數字量。

經測量，OV對應的溫度為0℃，5V時對應的溫度為125℃，則比例因子K=0.04V/℃。每個數字量對應的電壓值為20mV，則數字量變化與溫度變化比例關系K1=2數字量/℃，利用此比例因子就可由數字量得到當前溫度。

上位機軟件設計

本系統為主從式監控系統，主機(即上位機)在向下位機發預置溫度啟動下位機后，輪詢不同地址碼的從機，獲得溫度值，存入數據庫并在主界面顯示。從機接收到主機預置溫度后啟動，每次主機詢問溫度值時回送測量溫度值。如出現掉電后重啟的情況，從機向主機發出重置請求，要求主機重發預置溫度。上位機的通信軟件開發采用Borland公司的C++Builder 5.0，它的集成RAD開發環境可以幫助開發人員快速高效地開發出高質量的程序。在C++Builder中對串口進行編程可以使用Mscomm控件加快開發進度。它是一個ActiveX組件，不在C++Builder安裝中提供，可以在裝有VC6.0的PC上獲得，拷貝到本機上注冊后，在C++ Builder下，先是在菜單的Component選項中導入ActiveX控件，再Install Packages后就可以在ActiveX面板中看到并使用它了。

數據庫采用微軟的ACCESS數據庫，使用ADO數據引擎；C++Builder在ADO面板中提供了完備的ADO開發控件，實現了通過鼠標操作就能實現連接數據庫、編輯數據內容、顯示數據等一些基本數據庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線便于操作員管理。

總線通信格式設置

上位機和下位機之間的串行通信采用RS-485標準接口，PC端接一個RS232/485的轉換器，就實現RS485總線控制了。在通信頻率1200bps的情況下，有效通信距離為1.2km。由于有多個從設備并聯在485總線上，所以要制定嚴格的通信格式，表1是用到的通信協議。

結語

筆者設計了一種基于RS485總線的溫控系統。此系統投資少，架設簡單、可擴展性強，大大減輕管理者的負擔，實現了工業控制自動化。目前在多個場所得到了具體應用，其測溫精度在0.5℃以內，系統工作可靠穩定，無通信故障。