基于單片機(jī)和組態(tài)王的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李圖江

【摘要】為了達(dá)到對(duì)監(jiān)控對(duì)象的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)地采集與控制的目的，提出一種基于單片機(jī)和組態(tài)王的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。該溫控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地將所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理后進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)。下位機(jī)系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采樣和傳送，上位機(jī)利用組態(tài)王設(shè)計(jì)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)畫(huà)監(jiān)控。該溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有功能完善、界面友好、便于操作的特點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；組態(tài)王；溫度控制

1、引言

由于電子通信行業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提升，監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中應(yīng)用已十分普遍，其大范圍的應(yīng)用也使生產(chǎn)效率得到了極大的提高。在自動(dòng)控制中，溫度是一項(xiàng)重要的控制參數(shù)。單片機(jī)因具有低功耗、低成本、結(jié)構(gòu)緊湊且執(zhí)行效率高等優(yōu)良性能，已在工業(yè)測(cè)量與控制中得到廣泛的應(yīng)用。組態(tài)王因具備交互界面友好、工作穩(wěn)定、便于硬件配置等優(yōu)點(diǎn)而得到推廣。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用及低功耗、低成本、高效率的角度出發(fā)，AT89S52單片機(jī)通過(guò)ASCII協(xié)議與組態(tài)王進(jìn)行直接通信，提出了一套基于單片機(jī)與組態(tài)王的溫控系統(tǒng)。

2、工作原理

溫度控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，上位機(jī)采用計(jì)算機(jī)將采集到的溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，用戶(hù)能夠利用對(duì)上位機(jī)的相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度報(bào)警范圍的設(shè)定。除了能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)以外，還能實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的打印及備份等功能。下位機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)囟葦?shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳送至計(jì)算機(jī)中，下位機(jī)采用AT89S52單片機(jī)，AT89S52采用ASCII協(xié)議與組態(tài)王進(jìn)行通信。單片機(jī)間通過(guò)RS-485總線(xiàn)進(jìn)行相互聯(lián)接，各個(gè)采集器上均設(shè)計(jì)有能夠設(shè)置地址信息的撥碼盤(pán)。通過(guò)接口轉(zhuǎn)換器將上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行間接連接并完成總線(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1溫度傳感器選用。由于熱電阻、熱電偶等傳統(tǒng)的溫度測(cè)量元件所構(gòu)成的模擬傳感器雖然成本較低，卻不能滿(mǎn)足精度要求，因此需要較為復(fù)雜的電路提高測(cè)量精度。而數(shù)字傳感器具有測(cè)量精度高、總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、功能多樣的特點(diǎn)，目前已在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。考慮到監(jiān)測(cè)對(duì)象的溫度變化區(qū)間值和誤差及精度要求，選用串行通信方式的單總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用使得多點(diǎn)測(cè)量更為方便。DS18B20的溫度測(cè)量范圍不低于-550C，不高于1250C，所產(chǎn)生的偏差能夠達(dá)到0.50C，同時(shí)該傳感器具備良好的溫度顯示分辨率。

3.2控制電路。選用AT89S52單片機(jī)作為采集器的測(cè)溫系統(tǒng)主控芯片，該芯片具有功耗較低、性能高的特點(diǎn)，是一種CMOS 8位微控制器，擁有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了有效的解決方案。其標(biāo)準(zhǔn)功能還包括6個(gè)中斷源，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及32位I/O接口線(xiàn)。單片機(jī)最小系統(tǒng)的晶振頻率約是11.0592MHz，能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算串口通信時(shí)發(fā)生器的通信速率初值。

3.3串口通信電路。串口通信電路主要利用MAX485轉(zhuǎn)換芯片把TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485總線(xiàn)電平，系統(tǒng)選用RS485和PC實(shí)現(xiàn)通信。利用89S52的RXD，TXD端口通過(guò)MAX485和上位機(jī)連接進(jìn)行串行通信。RXD與單片機(jī)的串行輸入端相接以接收上位機(jī)通過(guò)該轉(zhuǎn)換芯片向單片機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。TXD是單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端，經(jīng)MAX485將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和上位機(jī)間的串行通信。

3.4報(bào)警電路。在采集器上設(shè)置由蜂鳴器及LED組成的報(bào)警電路，如果所測(cè)得的溫度值不在設(shè)定范圍內(nèi)，則發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。電路采用PNP型三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在基極接收到低電平信號(hào)時(shí)，三極管導(dǎo)通從而驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路工作。此外，為增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性及穩(wěn)定性，設(shè)置有看門(mén)狗復(fù)位電路以避免系統(tǒng)陷入死循環(huán)。為使測(cè)得的溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，在采集器上還設(shè)有數(shù)碼管顯示電路。選用具有串行接口的HD7279數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)64只獨(dú)立LED或8位共陰極數(shù)碼管，還能夠連接64鍵的鍵盤(pán)矩陣，從而簡(jiǎn)化硬件部分的設(shè)計(jì)。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該溫度監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)由主程序、DS18B20溫度采集子程序及采集器和上位機(jī)通信子程序三部分組成。主程序通過(guò)圖2所示流程圖實(shí)現(xiàn)對(duì)功能子程序的調(diào)用，因?yàn)闇囟鹊淖兓^(guò)程相對(duì)緩慢，為減小處理器的工作負(fù)荷，可相隔一定的時(shí)間進(jìn)行溫度采集。所測(cè)得的溫度值既能顯示在采集器的顯示屏上，也可以上傳至上位機(jī)中。一旦溫度不在設(shè)定范圍內(nèi)，處理器會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路以提醒操作人員注意。CPU對(duì)DS18B20溫度傳感器的操作過(guò)程要按照一定的時(shí)序完成，訪(fǎng)問(wèn)的順序?yàn)椋撼跏蓟?、ROM命令及RAM命令。每次進(jìn)行DS18B20的訪(fǎng)問(wèn)都要嚴(yán)格按照該順序進(jìn)行操作，否則傳感器不會(huì)有響應(yīng)。RS485通信模塊的主要作用是實(shí)現(xiàn)采集器與上位機(jī)組態(tài)王的通信。采集器在接收到上位機(jī)軟件組態(tài)王傳送的包含有設(shè)備地址的數(shù)據(jù)信息后，將該數(shù)據(jù)和本機(jī)地址進(jìn)行匹配，如果匹配成功，就會(huì)將本機(jī)所采集的溫度值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示。

5、結(jié)束語(yǔ)

所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)和組態(tài)王的溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將組態(tài)軟件的控制的方便性、豐富的畫(huà)面與單片機(jī)的靈活性、結(jié)構(gòu)緊湊進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，有效降低了工程費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了直接通信。該系統(tǒng)在實(shí)際的生產(chǎn)工作中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，已取得良好效果。

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