單片機多點溫度遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)的仿真與設(shè)計

彭建英，郭杰榮，王先春

（湖南文理學院，湖南 常德 415000）

1 溫度遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機和下位機組成，通過USB轉(zhuǎn)串口連接上位機和下位機。單片機處理由DS18B20 采集到的數(shù)據(jù)，同時將采集的溫度通過USB轉(zhuǎn)串口實時傳給上位機，由1602LCD 顯示實時溫度。溫度遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 溫度遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的硬件接口電路設(shè)計

2.1 多點溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計

2.1.1 數(shù)字溫度傳感器DS18B20

DS18B20采用3腳PR－35封裝，64位ROM 的結(jié)構(gòu)。其中，開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器TH 和TL可通過軟件寫入用戶報警上、下限［1］。

2.1.2 多點溫度采集電路設(shè)計

多點溫度采集電路仿真圖如圖2 所示。利用P3.3口接8 路溫度傳感器進行溫度采集。單片機AT89C52的P0 口連接液晶顯示器LCD 的數(shù)據(jù)線，P2.3、P2.4分別連接液晶顯示器LCD 的RS和E 端。由KEY1選擇當前的測試通道點，溫度值由LCD 顯示。圖2中，LCD 顯示的當前通道點為第2 通道點，并且溫度為26 ℃。

2.2 串口通信接口電路設(shè)計

目前RS－232是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，串口電路主要由MAX232和一個串口頭再加一些電阻組成。J1與上位機的USB 轉(zhuǎn)串口連接，MAX232的9腳和10腳分別接單片機的RXD、TXD 兩端。通過MAX232的電平轉(zhuǎn)換，使單片機與上位機通信［2］。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件設(shè)計流程圖

3.1.1 PC接收數(shù)據(jù)軟件設(shè)計流程思想

本通信協(xié)議的設(shè)計思想是基于幀傳輸方式，即在向RS232串口發(fā)送命令信號、應(yīng)答信號及數(shù)據(jù)信號時是一幀一幀地發(fā)送的。為了使數(shù)據(jù)快速可靠地傳輸，將每一幀數(shù)據(jù)唯一對應(yīng)一命令幀。此時傳輸數(shù)據(jù)的執(zhí)行命令具體如下：

（1）在PC讀數(shù)據(jù)時，遵循“讀命令－等數(shù)據(jù)－報告”，即PC下達一命令，等待接收數(shù)據(jù)，根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)的正誤向應(yīng)用程序報告此命令的執(zhí)行情況。

（2）在PC寫數(shù)據(jù)時，遵循“寫命令－等回應(yīng)－報告”，即PC下達一寫命令（此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中），等待單片機發(fā)來的“已正確接收”的回應(yīng)信號，并向應(yīng)用程序報告此命令執(zhí)行完畢。

（3）如果在轉(zhuǎn)輸過程中，PC 或MCU 所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯誤時，均會向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號的請求。如果連續(xù)3次轉(zhuǎn)輸失敗，則退出通信并向應(yīng)用程序報告。

3.1.2 單片機控制流程圖

單片機先對各端口初始化，通過DS18B20采集多路溫度信息，控制LCD1602顯示溫度，并通過串口將溫度發(fā)送給上位機，同時接收上位機的數(shù)據(jù)傳入。單片機控制流程圖如圖3所示。

3.2 計算機串口通信編程方式

利用CSerialPort類實現(xiàn)串口通信。由于本設(shè)計需要做很多復雜的處理，故放棄簡單的MSComm 通訊控件，選擇用CSerialPort類。此類雖然比較復雜，但由于類程序可以直接應(yīng)用，省了許多事。CSerial－Port類實現(xiàn)的功能比MSComm 控件強大很多，可以自行選擇端口通信，而且數(shù)據(jù)處理更方便［3］。

圖2 多點溫度采集電路仿真圖

圖3 單片機控制流程圖

4 系統(tǒng)連接、調(diào)試與測驗

用一根USB 線給單片機板子提供電源，另一個USB轉(zhuǎn)串口線連接單片機與PC機通信。系統(tǒng)開始運行，檢測溫度和濕度，而且用LCD1602顯示出測量的實時溫度和濕度。通過下位機采集的溫度，經(jīng)過USB轉(zhuǎn)串口傳輸給上位機，上位機顯示的波形如圖4所示，其中，顯示的溫度測量值為26.43℃，目前PC機接收的是第2通道點的溫度值。

圖4 上位機波形顯示圖像

5 結(jié)束語

系統(tǒng)通過USB轉(zhuǎn)串口連接上位機與下位機，基于RS－232串口通信接口標準和計算機串口通信編程方式，利用CSerialPort類實現(xiàn)了串口通信。系統(tǒng)利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集多點環(huán)境溫度，采用單片機AT89C52處理采集到的數(shù)據(jù)，控制1602LCD 顯示出實時溫度，將采集的溫度通過USB串口實時傳給上位機。

［1］ 謝維成，楊加國.單片機原理與應(yīng)用及C51 程序設(shè)計［M］.北京：清華大學出版社，2006.

［2］ 董曉紅，鄧福軍.單片機原理及接口技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2004.

［3］ 何志丹.深入淺出Visual C＋＋串口編程［M］.北京：人民郵電出版社，2007.