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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示 [打印本頁(yè)]

作者: OUYANGGANG 時(shí)間: 2008-11-21 00:29
標(biāo)題: 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示

備注：本文曾發(fā)表于單片機(jī)資尋網(wǎng)

一、前  言
      目前檢測(cè)溫度一般采用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器，這種傳感器至儀表之間一般都要用專(zhuān)用的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，而溫度補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)價(jià)格很貴，并且線(xiàn)路太長(zhǎng)也會(huì)影響測(cè)量精度。在實(shí)際應(yīng)用中往往需要對(duì)較遠(yuǎn)處（1KM左右）的溫度信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視。現(xiàn)有的解決方案有很多，例如：
1、在現(xiàn)場(chǎng)用智能儀表對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，用計(jì)算機(jī)作上位機(jī)與智能儀表進(jìn)行通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)（采用這種方案要增加計(jì)算機(jī)設(shè)備及相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件）。
2、 NCU+DDC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)。用兩個(gè)DDC，一個(gè)安裝在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度，另一個(gè)安裝在監(jiān)視地，兩個(gè)DDC通過(guò)NCU進(jìn)行通訊從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)。
但以上方案都存在成本高的問(wèn)題，有沒(méi)有低成本的解決方案呢？其實(shí)，在單片機(jī)應(yīng)用日益廣泛的今天，完全可以用單片機(jī)以極低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)。
二、問(wèn)題的提出
      我單位管理的鍋爐房同時(shí)給兩棟建筑物內(nèi)供應(yīng)蒸汽，由安裝在兩棟建筑物地下室的熱交換器進(jìn)行熱交換后產(chǎn)生熱水送至房間。從鍋爐房至兩個(gè)熱交換站的距離分別約600米，值班人員要不停地奔波于兩個(gè)熱交換站與鍋爐房之間進(jìn)行設(shè)備巡視，檢查熱水溫度是否控制在規(guī)定的范圍，這樣不僅增加了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也使鍋爐房經(jīng)常無(wú)人(因每班1人值班)。如果能在鍋爐房顯示兩個(gè)熱交換站內(nèi)各熱交換器的熱水溫度，則值班人員僅在熱水溫度異常時(shí)才需到各熱交換站檢查設(shè)備，這樣便可解決上述問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析，本人發(fā)現(xiàn)可以用單片機(jī)+智能儀表以低成本實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示，并且經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)取得了成功，現(xiàn)將設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述如下：
三、控制要求及解決方案選擇
1、兩個(gè)熱交換站分高低區(qū)共安裝有8個(gè)熱交換器，正常水溫在45oC至65oC之間；兩個(gè)熱交換站與鍋爐房的距離分別為500米和600米左右。
2、要求在鍋爐房能以巡回及定點(diǎn)兩種方式顯示8個(gè)熱交換器的熱水溫度，巡回方式以3秒為周期輪流更新及顯示各熱交換器熱水溫度。定點(diǎn)方式時(shí)每按上鍵或下鍵一次則顯示上或下一個(gè)熱交換器熱水溫度，每3秒自動(dòng)更新數(shù)據(jù)一次。
3、根據(jù)控制要求選擇單片機(jī)+智能儀表的解決方案：用帶通訊接口的智能儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度，設(shè)計(jì)制作一個(gè)單片機(jī)裝置完成與智能儀表的通訊及數(shù)據(jù)顯示。
四、通訊協(xié)議、智能儀表選擇及其參數(shù)介紹
      因熱水溫度信號(hào)變化較慢，因而對(duì)通信的速度要求不高，對(duì)于這種低速率遠(yuǎn)距離的通訊選用RS-485總線(xiàn)適宜。它以半雙工方式通信，支持多點(diǎn)連接，傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器允許創(chuàng)建多達(dá)32個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，且其具有傳輸距離遠(yuǎn)（最大傳輸距離為1200M），傳輸速度快（1200M時(shí)為100KBPS）等優(yōu)點(diǎn)。其連接方法如下圖所示。
file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/xingyi/溫度濕度儀器/用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示.files/20070903211423254.jpg
      為了滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)及與單片機(jī)裝置通訊的要求，必須選擇至少有5個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)及具有RS—485通訊端口的智能儀表。經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)上常用的溫度檢測(cè)儀進(jìn)行分析，選擇XJ-08S型巡回檢測(cè)儀作現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表。
（一）該儀表主要特點(diǎn)如下：
1、多量程方式，熱電偶、熱電阻，1-5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)混合輸入，可通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置；
2、最多8個(gè)測(cè)量通道（能測(cè)量8個(gè)溫度信號(hào)）；
3、采用RS-485通訊標(biāo)準(zhǔn)，可將各通道最新數(shù)據(jù)向上位機(jī)傳送。
      重要的是，該儀表的說(shuō)明書(shū)詳細(xì)介紹了與該儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的命令及格式，其通訊協(xié)議也相對(duì)較簡(jiǎn)單，這給我們用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示降減低了難度（雖然有RS-485端口的儀表很多，但大多沒(méi)有通訊命令的詳細(xì)說(shuō)明，給我們用單片機(jī)編程增加了難度）。
（二）XJ-08S巡回檢測(cè)儀通訊協(xié)議
1、通訊口設(shè)置
? 通訊方式：RS-485標(biāo)準(zhǔn)電平
? 同步方式：起停同步方式
? 波特率：9600BPS
? 通訊距離：不大于1200M
? 通訊線(xiàn)：二線(xiàn)
? 數(shù)據(jù)代碼：ASCII碼
? 數(shù)據(jù)格式：每字符10位，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位
2、數(shù)據(jù)傳輸格式
? 地址：2字節(jié)（高字節(jié)在前，低字節(jié)在后）；
? 數(shù)據(jù)：按地址順序，儀表數(shù)據(jù)傳輸格式為十六進(jìn)制2字節(jié)定點(diǎn)數(shù)；
  2字節(jié)定點(diǎn)數(shù)=低字節(jié)高4位（ASCII碼）+低字節(jié)低4位（ASCII碼）
高字節(jié)高4位（ASCII碼）+高字節(jié)低4位（ASCII碼）
  若數(shù)據(jù)為負(fù)數(shù)，則采用補(bǔ)碼方式傳輸；
? 在傳輸實(shí)時(shí)測(cè)量值時(shí)，傳輸完2字節(jié)定點(diǎn)數(shù)后，緊接著又傳輸2字節(jié)定點(diǎn)數(shù)，其中高字節(jié)低4位為小數(shù)點(diǎn)位數(shù)。
例：（50.0）10 表示為 46  34  30  31  30  30  30  31
                                             低字節(jié)  高字節(jié) 小數(shù)位數(shù)
3、儀表通訊格式：
@  DE  幀類(lèi)型  幀數(shù)據(jù)  CRC  CR
? @  ：通訊起始符
? DE  ：儀表設(shè)備號(hào)（地址）
? 幀類(lèi)型：操作命令
? 幀數(shù)據(jù) ：各種操作命令所對(duì)應(yīng)的命令及數(shù)據(jù)
? CRC ：校驗(yàn)字節(jié)（除@外CRC之前的其他幾個(gè)字節(jié)的異或值）
? CR  ：結(jié)束符（回車(chē)符）
4、應(yīng)用中用到的命令及數(shù)據(jù)格式：
? 讀儀表全部動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)命令幀 @ DE RD CRC CR
? 命令回送幀  正確 @DE RD 幀數(shù)據(jù)  CRC CR
   錯(cuò)誤 @DE * * CRC CR
例：讀28號(hào)儀表的全部動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)
命令：[email=’@1CRD64’,0D(ASCII]’@1CRD64’,0D(ASCII[/email]碼40 31 43 52 44 36 34 0d)
錯(cuò)誤返回碼 [email=‘@1C**72’,0D(ASCII]‘@1C**72’,0D(ASCII[/email]碼40 31 43 2A 2A 37 32 0D)
正確返回?cái)?shù)據(jù)’@ 1C RD XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX
                                                第0通道    第1通道第2通道
XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX
第3通道  第4通道  第5通道  第6通道
XXXX  XXXX  XX’,0D
第7通道校驗(yàn)
五、單片機(jī)選擇及硬件電路設(shè)計(jì)
1、選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S8252-24PC單片機(jī)，其主要參數(shù)及特點(diǎn)如下：
? 與MCS-51產(chǎn)品兼容（其引腳圖見(jiàn)原理圖）
? 具有8K字節(jié)可擦寫(xiě)的FLASH內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)1000次；2K字節(jié)EEPROM，可擦寫(xiě)100，000次，SPI口（用PC機(jī)的并口連接５條線(xiàn)即可通過(guò)SPI口下載程序，下載軟件可從網(wǎng)上下載，這樣可節(jié)省購(gòu)買(mǎi)編程器的費(fèi)用；）。
? 256字節(jié)RAM，32根可編程I/O線(xiàn)，可編程串行口，內(nèi)置看門(mén)狗。
file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/xingyi/溫度濕度儀器/用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示.files/20070903211423499.jpg
與看門(mén)狗有關(guān)的特殊功能寄存器WMCON 地址= 96H，與看門(mén)狗有關(guān)的控制位為96h第0、1、5、6、7位，第5、6、7位用于設(shè)置看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間，本應(yīng)用中第5、6、7位均置1，設(shè)置看門(mén)狗溢出時(shí)間為2048ms，第0位為看門(mén)狗使能控制位，該位置1將使能看門(mén)狗，其第1位為復(fù)用位，向第1位寫(xiě)1將復(fù)位看門(mén)狗定時(shí)器，具體操作如下：
a,使能看門(mén)狗，并將其溢出時(shí)間設(shè)定為2048ms：ORL  96H, #0E1H;
b,看門(mén)狗定時(shí)器清0：ORL  96H, #2

2、按鍵設(shè)計(jì)：
      為方便使用，設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，分別為巡回/定點(diǎn)切換鍵、上鍵、下鍵。切換鍵用于巡檢與定點(diǎn)模式的切換，上鍵向上切換通道，下鍵向下切換通道；其中巡檢/定點(diǎn)切換鍵通過(guò)外部中斷1以中斷方式工作，中斷程序?qū)⒀不?定點(diǎn)標(biāo)志取反后直接跳到主程序中巡回/定點(diǎn)標(biāo)志判斷程序前運(yùn)行，由判斷程序完成巡回/定點(diǎn)的切換。按鍵信號(hào)由單片機(jī)P3.3，P3.4，P3.5引腳輸入。

3、顯示電路設(shè)計(jì)
      為方便觀(guān)察，選用三個(gè)二位共陽(yáng)級(jí)8段數(shù)碼顯示管（TOD5201AE）動(dòng)態(tài)顯示，一位顯示儀表地址（從A至F），一位顯示通道號(hào)（從0至7通道），其余四位用來(lái)顯示實(shí)時(shí)溫度值；用單片機(jī)P1口驅(qū)動(dòng)一片74HC244以吸收電流的方式控制段碼，用單片機(jī)P0.0至P0.5引腳驅(qū)動(dòng)六個(gè)ＰＮＰ三極管（9012）控制位選。

4、電源選用5V/1A市售成品開(kāi)關(guān)電源。

5、根據(jù)智能儀表通訊協(xié)議的要求，串行口定義為方式1工作，一幀10位：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)停止位；用一片75176完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，由于RS-485為半雙工，故用單片機(jī)P3.2引腳控制發(fā)送與接收的切換；兩個(gè)智能儀表處于RS-485總線(xiàn)的兩個(gè)端點(diǎn)，為提高可靠性，在RS-485總線(xiàn)的兩個(gè)端點(diǎn)上分別并聯(lián)一個(gè)120Ω、1/4W終端電阻。
? 系統(tǒng)方框圖如右示：
file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/xingyi/溫度濕度儀器/用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示.files/20070903211423644.jpg
? 單片機(jī)裝置電原理圖見(jiàn)下頁(yè)：
file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/xingyi/溫度濕度儀器/用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示.files/20070903211424586.jpg

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