基于工控機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

衛(wèi)道柱， 曾億山， 楊 沁， 高 雷

(合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥 230009)

溫度是生產(chǎn)和生活中常見的和最基本的參數(shù)之一。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應(yīng)用于生產(chǎn)方面，也應(yīng)用于生活的各個方面[1]。

本文針對酒店、賓館房間的溫度進行檢測和監(jiān)控，使得酒店各個房間的溫度既可以在控制室進行集中控制，也可以在各個房間單獨控制，得到一個合適、舒服的溫度。

1 系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)運用主從分布式思想，由一臺工控機作上位機，多臺單片機作下位機，組成2級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)[2]。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 工控機

系統(tǒng)中，工控機作為上位機，進行現(xiàn)場可視化檢測，負責(zé)與下位機進行通訊，控制多臺單片機進行現(xiàn)場溫度采集，對傳送回工控機的溫度值進行數(shù)據(jù)處理、顯示。

1.2 單片機

單片機選用A TM EL的 8位單片機AT89S52產(chǎn)品，可在工控機控制下工作，也可以單獨工作，實時顯示當(dāng)前各點的溫度值，對各點進行實時溫度控制，并具有超溫聲光報警功能[3]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 溫度傳感器

溫度傳感器采用 DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20溫度芯片。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器，測量溫度范圍為-55～125℃，測溫分辨率可達0.062 5℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出[4，5]。其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。

如圖2所示，DS18B20支持“一線總線”接口[6，7]，利用單總線的特點可以方便地實現(xiàn)多點溫度的測量，輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，且系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活、方便，適合于在惡劣的環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量。

圖2 DS18B20的單總線結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)為多點溫度測試。DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個DS18B20，但在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25個以上的 DS18B20仍然有可能產(chǎn)生功耗問題。

另外單總線長度也不宜超過80 M，否則也會影響到數(shù)據(jù)的傳輸[8，9]，在這種情況下可以采用分組的方式，用單片機的多個I/O來驅(qū)動多路DS18B20。在實際應(yīng)用中還可以使用一個MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用[10]。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 溫度控制系統(tǒng)電路

圖3所示為一路溫度控制電路，信號通過7重達林頓反相驅(qū)動器ULN2003A控制直流繼電器，由直流繼電器再去控制給空調(diào)供電的220 V交流電源的開關(guān)。

圖3 溫度控制電路

2.2 串口通訊電路

串口通訊電路如圖4所示。A T89S52有一個全`雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。

進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，采用了專用芯片MAX 232進行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉(zhuǎn)換，但還是用專用芯片更簡單可靠[11]。

圖4 串口通訊電路

3 軟件設(shè)計

3.1 單片機程序

3.1.1 單片機主程序

單片機主程序流程如圖5所示。主程序是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。

主程序調(diào)用了9個子程序，分別是溫度轉(zhuǎn)換開始子程序、讀出溫度值子程序、根據(jù)溫度進行控制子程序、溫度顯示模式設(shè)定子程序、溫度數(shù)據(jù)計算處理子程序、顯示數(shù)據(jù)BCD碼刷新子程序、數(shù)碼管顯示子程序、鍵盤掃描與按鍵處理程序以及單片機與工控機串口通訊程序，這9個子程序完成了整個系統(tǒng)的溫度控制。

圖5 主程序流程圖

3.1.2 部分模塊子程序設(shè)計

(1)讀出溫度值、報警值子程序 READTEMP的設(shè)計。從多路DS18B20溫度傳感器中分別讀出相應(yīng)的溫度值和溫度報警值，其程序流程圖如圖6所示。

圖6 讀溫度值流程圖

(2)溫度控制子程序TEMP-CONTROL的設(shè)計根據(jù)各個溫度傳感器設(shè)定的上下限報警值和實時溫度值來控制各個繼電器的通斷，并進行聲光報警。

其程序流程如圖7所示[12]。

3.2 工控機程序

采用VB環(huán)境下工控機與單片機之間實現(xiàn)串行通訊的軟硬件方案。VB是M icrosoft公司推出的W indow s應(yīng)用程序開發(fā)工具，因其具有界面友好、編程簡便等優(yōu)點而受到廣泛的使用。工控機程序結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 溫度控制流程圖

圖8 工控機主程序結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

經(jīng)過測試運行，單片機多路溫度報警控制系統(tǒng)能夠及時采集溫度，并通過數(shù)碼管進行溫度顯示;能夠準(zhǔn)確可靠地進行溫度控制，并具有超溫聲光報警功能;能夠?qū)崿F(xiàn)自動巡回檢測溫度，也可以指定監(jiān)測點檢測其溫度，同時通過單片機鍵盤可以方便地設(shè)定各溫度傳感器上下限溫度報警值。

工控機通過串行通訊能夠直觀顯示實時溫度和上下限報警溫度，并通過紅綠燈變化直觀顯示是否超溫;通過圖形界面可以非常方便地設(shè)定各溫度傳感器的上下限溫度報警值。

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