遠程溫度檢測系統的設計

（閩南理工學院 電子與電氣工程系，福建 石獅 362700）

引言

遠程溫度檢測系統在日常的工業生產中應用廣泛。由于RS-485總線采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力[1]，適用于遠程的數據通信系統。在20Kbps的傳輸速率以下，RS-485總線最大的傳輸距離可達到1219米[2,3]。RS-485總線只需要一對雙絞線就可以構成多點采集系統[4]，具有布線簡單，成本低廉等優點，因此，本文采用RS-485總線進行遠程通訊，將檢測到的溫度通過RS-485總線傳輸至主機，進行溫度的顯示。

1 系統總體設計方案

該遠程溫度檢測系統主要由前端溫度檢測模塊、RS-485收發模塊和主機接收通訊模塊三大部分組成，系統的總體框圖如圖1所示。該系統主要實現的功能是將前端檢測到的溫度通過RS-485總線進行遠距離的發送，由另一單片機接收后，再通過串口傳輸至PC機進行溫度的顯示。

圖1 遠程溫度檢測系統總體框圖Fig1 Block diagram of the remote temperature detecting system

2 前端溫度檢測模塊設計

前端溫度檢測模塊負責溫度的檢測，主要由溫度檢測模塊、液晶顯示模塊、單片機控制模塊等部分組成。溫度檢測模塊采用單總線溫度傳感器DS18B20將檢測到的溫度發送至AT89C51單片機，并在液晶LCD1602上顯示檢測到的溫度，其總體硬件電路原理圖如圖2(a)所示。

圖2 遠程溫度檢測系統硬件電路圖（a）前端溫度檢測模塊 （b）RS－485 收發模塊（c）主機接收通訊模塊Fig2 Schematic of the remote temperature detecting system(a)Front－end temperature detecting module(b)RS－485 transceiver module(c)PCreceiving communication module

2.1 溫度檢測模塊

溫度檢測模塊采用DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20采用“1－wire總線”的接口，其溫度檢測的范圍為－55℃～+125℃，精度可達 0.0625℃，最大的轉換時間為200ms[5]。本系統中將DS18B20的數據接口DQ接到51單片機的P3.7，并給I/O線提供一個上拉電阻。

2.2 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊采用LCD1602，顯示DS18B20檢測到的溫度，為了充分發揮DS18B20的精度，顯示四位小數。

2.3 單片機控制模塊

單片機控制模塊負責將DS18B20檢測到的溫度在LCD1602上進行顯示，并且將數據發送至RS－485總線。

由于單片機在讀取DS18B20的溫度數據時，每次讀取兩個字節，先讀低8位，再讀高8位，每一位代表不同的溫度加權值。因此需要由單片機控制模塊進行數據處理，得到溫度的實際數值后，再分別將百位、十位、個位、小數點后四位的數值分離出來，在LCD1602上進行顯示。

前端溫度檢測模塊的軟件流程圖如圖3所示。系統上電復位后，對串口進行初始化，設置其工作方式以及波特率，然后對DS18B20進行讀寫操作，將讀取到的數值轉換為對應的溫度值，通過串口發送至RS－485總線。

圖3 前端溫度檢測程序流程圖Fig3 Program flow of front－end temperature detection

3 RS-485收發模塊

常見的RS－485總線驅動芯片有TI公司的SN系列，美信公司的MAX系列，為了該溫度檢測系統具有更好的可擴展性，本設計選擇MAX487作為RS－485收發器。MAX487可驅動128個節點，其電路圖如圖2（b）所示。MAX487的發送和接收功能轉換是由芯片的端控制的：當時，MAX487處于發送狀態；當時，MAX487處于接收狀態。

在本系統中，由前端溫度檢測模塊采集并處理后的溫度數據經過一片MAX487驅動后發送到485總線，經遠程傳輸后，由另一片MAX487接收，傳輸給與上位機進行通訊的單片機。

4 主機接收通訊模塊

4.1 溫度數據模塊

經過處理的溫度數據由RS－485總線遠程傳輸后，采用另外一片AT89C51進行溫度數據的接收。單片機將接收到的溫度數據通過串口傳送到上位機（PC機）。在單片機與PC機之間需要接入一個MAX232，以實現TTL-RS232的電平轉換。溫度數據接收模塊的電路圖如圖2（c）所示，串口的波特率設置為9600，程序流程圖如圖4所示。

圖4 接收溫度模塊程序流程圖Fig4 Program flow of temperature receiving module

4.2 PC串口通訊模塊

在PC機上，采用Visual C++6.0平臺，結合ActiveX通信控件 （Microsoft Communications Control，version 6.0）實現串口通訊。

人機交互界面的設計如圖5所示，設置了五個功能按鍵：打開串口，開始接收，停止接收，清除內容，關閉串口；界面右邊的編輯框顯示了接收溫度的時間以及當前的實時溫度。點擊“打開串口”按鈕后，再點擊“開始接收”，前端實時檢測到的溫度數據就可以在PC機上進行顯示（如圖5所示），以實現遠程溫度檢測。

圖5 PC機接收到的溫度數據Fig5 The temperature data of PCreceived

5 結束語

本系統以溫度傳感器DS18B20測量溫度，采用51單片機作為控制單元，將所測得的溫度數據通過RS485收發器，經過RS485總線傳輸；同時，在PC機上編寫VC++面向對象程序，實現與單片機的串口通訊，最終實現溫度在PC機上顯示。

在設計的過程中，由于工業控制環境的復雜性，必然存在噪聲，因此數據可能會產生錯誤，可以進一步在保證系統效率的前提下，設計濾波算法，保證數據的正確。

[1] 何青,胡漢春,代剛,張邦力.基于RS-485總線的PC機與單片機串行通訊仿真系統的設計 [J].機電產品開發與創新,2011,24(1):147-148.

[2] 秦貞臻,于斌.簡述RS-485的優點與應用[J].品牌與標準化,2011(4):26.

[3] 李良.影響RS-485總線可靠性的因素 [J].內江科技,2011(1):53,74.

[4] 甕嘉民,任鵬飛.基于Proteus的RS-485總線系統仿真設計[J].河南科學,2012,30(2):227-230.

[5] 趙亮,侯國銳.單片機C語言編程與實例[M].北京:人民郵電出版社,2003:307-308.