基于單片機和溫度傳感器實現(xiàn)專用測溫系統(tǒng)的設(shè)計

引言

在許多傳統(tǒng)行業(yè)中，多路高精度溫度采集系統(tǒng)是不可或缺的。電廠、石化行業(yè)、鋼鐵廠以及制藥廠等企業(yè)生產(chǎn)過程中，普遍存在著需要進(jìn)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(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉的優(yōu)勢，而得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，當(dāng)電力機房中的控制柜、電纜、電容、開關(guān)過載或損壞時，都會產(chǎn)生巨大的熱量如不及時發(fā)現(xiàn)處理，往往會導(dǎo)致事故或火災(zāi)的發(fā)生。

系統(tǒng)方案

本裝置結(jié)構(gòu)（圖1）可以大致分為：采集部分、供電電源系統(tǒng)、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(shù)字溫度傳感器DS18B20組建采集網(wǎng)絡(luò)完成。DS18B20采集溫度測量范圍為-55~+125℃，多個DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)，通過兩種通訊方式實時上傳溫度數(shù)據(jù)，這兩種通訊方式為 RS485通訊和RS422通訊，在RS485通訊中用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(fā)送，增加了遠(yuǎn)距離通訊的可靠性。而RS422通訊實現(xiàn)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?shù)恼_率和抗干擾性，保證了信息的完整性。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

采集電路

原文位置　　以AT89S52單片機為核心，外置看門狗X5045和一片11.0592MHz晶振構(gòu)成最小單片機系統(tǒng)，應(yīng)用AT89S52單片機的I/O口雙向傳輸數(shù)據(jù)的功能，P3.4與DS18B20一線總線連接，實現(xiàn)對DS18B20進(jìn)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(jù)加入網(wǎng)絡(luò)DS18B20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(fā)器。P2.0應(yīng)用AMD2483的使能控制引腳。在此應(yīng)用JTAG標(biāo)準(zhǔn)仿真接口設(shè)計，通過JTAG接口將程序下載到AT89S52芯片中。實現(xiàn)操作功能。采集電路如圖2所示。

電源

原文位置　　在進(jìn)行系統(tǒng)運行時，不可缺少的就是電源的穩(wěn)定性和可靠性，AMS1117-5.0具有限流和過熱自動關(guān)斷保護功能，其內(nèi)置的帶隙基準(zhǔn)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10mf的鉭電解電容用于提高輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)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(tǒng)中需要產(chǎn)生一組與輸入電源隔離的電源的應(yīng)用場合而設(shè)計的，在此為內(nèi)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。電源電路示于圖3。

通訊

原文位置　　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(fā)送，增加了遠(yuǎn)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(tài)，當(dāng)TXD_IN有信號輸出時使能EA_485變?yōu)楦唠娖剑瑢?shù)據(jù)發(fā)送出去。當(dāng)發(fā)完這段數(shù)據(jù)時EA_485自動回到低電平接收狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)這段時間是由R5×C5決定的，能夠確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?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(fā)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?shù)恼_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(fā)送指示?？梢灾庇^的監(jiān)測信息的傳輸過程。通訊電路如圖4所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

在多路高精度測溫系統(tǒng)中，測溫單元能獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與上位機的數(shù)據(jù)通訊，向上位機（主機）發(fā)送測量到的溫度數(shù)據(jù)，接收上位機發(fā)來控制指令，進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)正確傳輸。軟件流程圖如圖5所示。

在多點溫度測量系統(tǒng)中，單總線數(shù)字溫度傳感器（例如DS18B20）因其體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。每一個數(shù)字溫度傳感器內(nèi)均有唯一的64位序列號（最低8位是產(chǎn)品代碼，其后48位是器件序列號，最后8位是前56位循環(huán)冗余校驗碼），只有獲得該序列號后才可能對其進(jìn)行操作，也才能在多傳感器系統(tǒng)中將它們一一識別。由于傳感器序列號的最低8位為產(chǎn)品代號，“需要的位值”可按對應(yīng)的值給出，關(guān)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（圖6）。具體思路：設(shè)在K位首次發(fā)生數(shù)據(jù)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?！靶枰奈恢怠苯o1，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(fā)生數(shù)據(jù)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(xù)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(guān)系表后，編制好程序，系統(tǒng)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(guān)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(guān)系表，在單總線多點溫度測量系統(tǒng)中實現(xiàn)了數(shù)字溫度傳感器的自動識別，大大有利于系統(tǒng)的調(diào)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(yè)人員來完成，而不是由運行人員來完成的不便。

結(jié)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(jīng)完成樣機試制，通過相關(guān)測試，并投入生產(chǎn)。本產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)監(jiān)測蓄電池周圍八路各點溫度，并上傳給后臺。運行穩(wěn)定，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

責(zé)任編輯：gt