鐵路低壓配電溫度檢測系統設計

摘 要：在鐵路配電設備運行過程中，配電設備經常發熱，要用到溫度的檢測及控制，溫度是配電過程中普遍重要參數之一。本設計利用單片機AT89S51組成的溫度控制系統，從硬件和軟件兩方面介紹了單片機溫度控制系統的設計思路。它可以實時的顯示和設定溫度，實現對溫度的自動控制，當溫度值超出上限時自動報警，實現了系統結構簡單、性能可靠、控制精度高。

關鍵詞：鐵路配電；AT89S51；DS18B20；溫度探測控制

隨著鐵路配電技術發展和需要，測溫技術也在不斷地改進和提高。由于測溫范圍越來越廣，根據不同的要求，又制造出不同需要的測溫儀器，現實社會發展的許多情況下需要測量溫度參數。

1 電路的總體方案設計

本文的主要工作是研究與設計一種基于AT89S51的溫度檢測系統，使之應用于鐵路電力配電柜及箱變式變壓器等配電方面，在實用中具有非常廣闊的應用前景。

該溫度測量系統，實現對溫度的實時測量與顯示，具有溫度超限報警功能等。系統包括硬件設計和軟件設計兩部分。硬件設計部分包括單片機控制芯片，溫度測量電路，溫度顯示電路，報警電路和溫度控制電路，軟件設計部分包括相應信號采集與處理程序及單片機接口子程序等，實現實時測溫、顯示、控制與報警功能。

溫度控制系統采用AT89S51八位機作為微處理單元進行控制。采用4個鍵把設定溫度的最高值和最低值存入單片機的數據存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉換。溫度傳感器把采集的信號與單片機里的數據相比較來控制溫度控制器。

2 溫度檢測系統的硬件設計

2.1 時鐘（晶振）電路

時鐘電路就是提供單片機內部各種操作的時間基準的電路，沒有時鐘電路單片機就無法工作。此次設計中，我們采用由內部方式產生時鐘的方法形成時鐘電路。

內部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作定時元件，內部反相放大器自激振蕩，產生時鐘。時鐘發生器對振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率fosc=6MHz，則時鐘頻率=3MH2，因此，時鐘是一個雙向信號，由P1相和P2相構成。fosc可在2MHZ-12MHZ選擇。小電容可以取30PF左右。

2.2 DS18B20總體簡介

DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發的溫度報警觸發器TH和TL，高速暫存器。

2.3 DS18B20接口電路

在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。我們采用的是這種連接方法，把DS18B20的數據線與單片機的13管腳連接，再加上上拉電阻。

2.4 鍵盤接口電路

本系統有重新設定上下限的功能，故需要鍵盤來鍵入。我們采用4個鍵的鍵盤通過按下不同的按鍵可實現實時顯示溫度和刷新溫度限值。

用AT89S51的P2口接4個鍵鍵盤，以P2.1-P2.4接K1-K4鍵，無按鍵按下時，P2.1-P2.4處于高電平狀態，有鍵按下時，與K1-K4對應P2.1-P2.4的電平狀態為低。鍵盤輸入的信息主要進程是：

（1）單片機通過中斷查詢的方式檢查P2.0-P2.4是否有處于低電平狀態的，若有，則判斷為有鍵按下；（2）由于單片機端口與4個按鍵有對應關系，故通過判斷哪個端口處于低電平狀態，則說明相應的鍵是按下的。

2.5 溫度控制電路和報警電路的設計

溫度檢測系統由DS18B20采集的溫度信號，轉換輸出與某溫度值相對應的二進制8位BCD碼，傳輸給AT89S51單片機，經其計算、轉換出的實測溫度值與設定上限值比較，若溫度值超限，則單片機控制蜂鳴器，使它發出報警聲，若是高于上限值就啟動制冷器，使溫度恢復到正常范圍，從而實現了報警、控制功能。

2.6 顯示電路的設計

根據顯示內容和方式的不同可以分為，數顯LCD，點陣字符LCD，點陣圖形LCD在此設計中我們采用點陣字符LCD，這里采用常用的2行16個字的1602液晶模塊。

溫度檢測系統中，AT89S51單片機的并口P0與LCD1602的8位雙向數據線相連接，通過并口輸入或輸出數據或指令，從而實現溫度顯示功能，基本操作時序如下。

讀狀態輸入：RS=L，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=狀態字

寫指令輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼

輸出：無

讀數據輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=數據

寫數據輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數據

輸出：無

把8根數據線和P1口連接，把3根控制線和P3.5、P3.6、P3.7連接。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅動電壓不要過大，要調節滑動變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。

3 系統的主程序設計

主程序是系統的監控程序，在程序運行的過程中必須先經過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個控制端口的初始化工作。系統在初始化完成后就進入溫度測量程序，實時的測量當前的溫度，并與設定的報警溫度上限值進行比較，信息通過LCD顯示出來。程序中以查詢的方式來重新設定溫度的上限。根據硬件設計完成對溫度的控制。按下4個鍵鍵盤上的K1鍵可以顯示設定好的溫度上限，按下K2鍵可以重新設定溫度下限。系統軟件設計的總體流程圖如圖1。

參考文獻

[1]何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計，第一版[M].北京航空航天大學出版社，1993，19-24.

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