基于485總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)

引言

RS一485總線由于平衡差分傳輸?shù)奶匦?，具有抗干擾能力強，傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現(xiàn)多站遠距離通信，組網(wǎng)方便，成本低廉，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

本系統(tǒng)是基于RS一485總線的遠程多路溫度監(jiān)測、控制系統(tǒng)，上位機是一臺PC，下位機是多個以AT98S51為控制器的溫度傳感器。工作時，下位機會向上位機發(fā)出本機地址和詢問預(yù)置溫度的請求。上位機獲得下位機地址后，就知道那些地址的下位機已啟動并根據(jù)請求把相應(yīng)的預(yù)置溫度發(fā)給下位機，此后每隔一定時間逐一詢問已啟動的下位機測定的溫度信息，獲得溫度值后存入數(shù)據(jù)庫并實時顯示當前各路傳感器測定溫度，當溫度過高時，會告警提示。下位機獲得預(yù)置溫度后，開始對傳感器的數(shù)據(jù)采集和溫度測量。當溫度低于預(yù)置溫度時，接通加熱器加熱溫度，溫度過高時，接通制冷設(shè)備加速降溫，同時把溫度信息傳回上位機，溫度超出范圍后，還會以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數(shù)據(jù)庫，并實時顯示，系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)庫管理、溫度變化曲線繪制等功能。當下位機掉電重啟后，會向上位機重新問詢獲得掉電前的預(yù)置溫度。 溫度監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器電路、信號調(diào)整電路、A／D采樣電路、控制電路、監(jiān)控主機組成?；竟ぷ髟硎牵簜鞲衅麟娐穼⒏惺艿降臏囟刃盘栆噪妷盒问捷敵?，經(jīng)調(diào)整電路變換到TTL電平、由A／D采樣后將數(shù)字量送給單片機控制電路，單片機根據(jù)開機時上位機傳來的設(shè)定溫度判斷作何種控制，如溫度未到設(shè)定溫度，經(jīng)驅(qū)動控制繼電器閉合接通加熱器，如溫度過高則接通制冷設(shè)備加速降溫。單片機還將所測溫度在數(shù)碼管上顯示，并在上位機詢問時把測量溫度送到上位機入庫。系統(tǒng)框圖如下圖1。

系統(tǒng)實現(xiàn)

硬件設(shè)計

AT89S51是ATMEL公司的可在線編程的單片機，它價格低廉，且支持在系統(tǒng)編程(ISP)，方便設(shè)計者開發(fā)調(diào)試。溫度傳感器選用NS公司生產(chǎn)的L=M35，它具有很高的工作精度和較好的線性工作范圍，測溫范圍為一55℃～+150℃，完全適用于一般的測溫場合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比，無需外部校準即可提供1／4℃的測量精度。信號調(diào)整電路將傳感器電路輸出的變化范圍為2V左右的直流電壓，調(diào)整為TTL電平，以便與A／D兼容。由于單片機IO口有限，在對測溫實時性要求不是太高的情況下，A／D變換采用8位串行A／D轉(zhuǎn)換器ADC0832，它與單片機的IO連線只有三根，減少了IO占用量。四個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端都接到單片機P1口，控制端由P2[3．．0]控制，利用定時器中斷觸發(fā)，每次只接通一個數(shù)碼管，顯示相應(yīng)數(shù)值，利用分時顯示在數(shù)碼管上顯示溫度值。當溫度變化時，A／D采集調(diào)整電路輸出電壓值，送單片機，單片機根據(jù)采樣值判定溫度，通過數(shù)碼管顯示溫度值并回饋上位機。原理圖如圖2所示。

軟件設(shè)計

下位機軟件設(shè)計

下位機的軟件是在Keil uVisiml2下，使用C語言開發(fā)的。下位機的軟件設(shè)計中，主要解決三個問題：一是ADC0832的控制位寫入。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，在時鐘上升沿寫入配置字即可，但按此方法始終不能正確讀出數(shù)據(jù)，后來經(jīng)過試驗，在寫入配置字的每一位后，還要在負跳變前把數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)，配置字才能正確寫入。二是數(shù)碼管上溫度值的顯示。最后采用中斷方案，每隔10ms進入中斷程序，循環(huán)選通各個數(shù)碼管，分時顯示對應(yīng)的數(shù)字值。三是A／D采樣數(shù)據(jù)的處理，為避免因干擾而造成A／D采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續(xù)采樣七次，去掉最高值和最低值，其余五次取平均值來獲得A／D采樣的數(shù)字量。

經(jīng)測量，0V對應(yīng)的溫度為0℃，，5V時對應(yīng)的溫度為1 25℃，則比例因子K=0．04V／℃。每個數(shù)字量對應(yīng)的電壓值為20mV，則數(shù)字量變化與溫度變化比例關(guān)系K1=2數(shù)字量／℃，利用此比例因子就可由數(shù)字量得到當前溫度。

上位機軟件設(shè)計

本系統(tǒng)為主從式監(jiān)控系統(tǒng)，主機(即上位機)在向下位機發(fā)預(yù)置溫度啟動下位機后，輪詢不同地址碼的從機，獲得溫度值，存入數(shù)據(jù)庫并在主界面顯示。從機接收到主機預(yù)置溫度后啟動，每次主機詢問溫度值時回送測量溫度值。如出現(xiàn)掉電后重啟的情況，從機向主機發(fā)出重置請求，要求主機重發(fā)預(yù)置溫度。上位機的通信軟件開發(fā)采用Borland公司的C++Builder5．O，它的集成RAD開發(fā)環(huán)境可以幫助開發(fā)人員快速高效地開發(fā)出高質(zhì)量的程序。在C++Builder中對串口進行編程可以使用Mscomm控件加快開發(fā)進度。它是一個ActiveX組件，不在C++Builder。安裝中提供，可以在裝有VC6．0的PC上獲得，拷貝到本機上注冊后，在C++ B u il d e r下，先是在菜單的Compotlent選項中導(dǎo)入ActiveX控件，再Install Packages后就可以在ActiveX面板中看到并使用它了。

數(shù)據(jù)庫采用微軟的ACC：ESS數(shù)據(jù)庫，使用ADO數(shù)據(jù)引擎；C++Builder在ADO面板中提供了完備的ADO開發(fā)控件，實現(xiàn)了通過鼠標操作就能實現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫、編輯數(shù)據(jù)內(nèi)容、顯示數(shù)據(jù)等一些基本數(shù)據(jù)庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線便于操作員管理。

總線通信格式設(shè)置

上位機和下位機之間的串行通信采用RS一485標準接口，PC端接一個RS232／485的轉(zhuǎn)換器，就實現(xiàn)RS485總線控制了。在通信頻率1200bps的情況下，有效通信距離為1．2km。由于有多個從設(shè)備并聯(lián)在485總線上，所以要制定嚴格的通信格式，表1是用到的通信協(xié)議。

結(jié)語

筆者設(shè)計了一種基于RS485總線的溫控系統(tǒng)。此系統(tǒng)投資少，架設(shè)簡單、可擴展性強，大大減輕管理者的負擔，實現(xiàn)了工業(yè)控制自動化。目前在多個場所得到了具體應(yīng)用，其測溫精度在0．5℃以內(nèi)，系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，無通信故障。