基于RS-485總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)

引言

　?。遥右唬矗福悼偩€由于平衡差分傳輸?shù)奶匦裕哂锌垢蓴_能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)、有較強(qiáng)的級(jí)連的能力。能實(shí)現(xiàn)多站遠(yuǎn)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(yuǎn)程多路溫度監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)，上位機(jī)是一臺(tái)ＰＣ，下位機(jī)是多個(gè)以ＡＴ９８Ｓ５１為控制器的溫度傳感器。工作時(shí)，下位機(jī)會(huì)向上位機(jī)發(fā)出本機(jī)地址和詢問預(yù)置溫度的請(qǐng)求。上位機(jī)獲得下位機(jī)地址后，就知道那些地址的下位機(jī)已啟動(dòng)并根據(jù)請(qǐng)求把相應(yīng)的預(yù)置溫度發(fā)給下位機(jī)，此后每隔一定時(shí)間逐一詢問已啟動(dòng)的下位機(jī)測(cè)定的溫度信息，獲得溫度值后存入數(shù)據(jù)庫(kù)并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各路傳感器測(cè)定溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)告警提示。下位機(jī)獲得預(yù)置溫度后，開始對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)采集和溫度測(cè)量。當(dāng)溫度低于預(yù)置溫度時(shí)，接通加熱器加熱溫度，溫度過高時(shí)，接通制冷設(shè)備加速降溫，同時(shí)把溫度信息傳回上位機(jī)，溫度超出范圍后，還會(huì)以蜂鳴器報(bào)警。上位機(jī)接收下位機(jī)的測(cè)量溫度后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)時(shí)顯示，系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)庫(kù)管理、溫度變化曲線繪制等功能。當(dāng)下位機(jī)掉電重啟后，會(huì)向上位機(jī)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(hào)調(diào)整電路、Ａ／Ｄ采樣電路、控制電路、監(jiān)控主機(jī)組成。基本工作原理是：傳感器電路將感受到的溫度信號(hào)以電壓形式輸出，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(jī)控制電路，單片機(jī)根據(jù)開機(jī)時(shí)上位機(jī)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(dòng)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(jī)還將所測(cè)溫度在數(shù)碼管上顯示，并在上位機(jī)詢問時(shí)把測(cè)量溫度送到上位機(jī)入庫(kù)。系統(tǒng)框圖如下圖１。

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　硬件設(shè)計(jì)

　?。粒裕福梗樱担笔牵粒裕停牛?a target="_blank">公司的可在線編程的單片機(jī)，它價(jià)格低廉，且支持在系統(tǒng)編程（ＩＳＰ），方便設(shè)計(jì)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(cè)溫范圍為一５５℃～＋１５０℃，完全適用于一般的測(cè)溫場(chǎng)合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比，無需外部校準(zhǔn)即可提供１／４℃的測(cè)量精度。信號(hào)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(jī)?。桑峡谟邢?，在對(duì)測(cè)溫實(shí)時(shí)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(jī)的ＩＯ連線只有三根，減少了ＩＯ占用量。四個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端都接到單片機(jī)Ｐ１口，控制端由Ｐ２［３．．０］控制，利用定時(shí)器中斷觸發(fā)，每次只接通一個(gè)數(shù)碼管，顯示相應(yīng)數(shù)值，利用分時(shí)顯示在數(shù)碼管上顯示溫度值。當(dāng)溫度變化時(shí)，Ａ／Ｄ采集調(diào)整電路輸出電壓值，送單片機(jī)，單片機(jī)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(jī)。

　　原理圖如圖２　所示。

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　　軟件設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)的軟件是在Ｋｅｉｌ?。酰郑椋螅椋恚欤蚕拢褂茫谜Z言開發(fā)的。下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)中，主要解決三個(gè)問題：一是ＡＤＣ０８３２的控制位寫入。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，在時(shí)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(yàn)，在寫入配置字的每一位后，還要在負(fù)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(jìn)入中斷程序，循環(huán)選通各個(gè)數(shù)碼管，分時(shí)顯示對(duì)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(cè)量，０Ｖ對(duì)應(yīng)的溫度為０℃，，５Ｖ時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為１　２５℃，則比例因子Ｋ＝０．０４Ｖ／℃。每個(gè)數(shù)字量對(duì)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(dāng)前溫度。

　　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)為主從式監(jiān)控系統(tǒng)，主機(jī)（即上位機(jī)）在向下位機(jī)發(fā)預(yù)置溫度啟動(dòng)下位機(jī)后，輪詢不同地址碼的從機(jī)，獲得溫度值，存入數(shù)據(jù)庫(kù)并在主界面顯示。從機(jī)接收到主機(jī)預(yù)置溫度后啟動(dòng)，每次主機(jī)詢問溫度值時(shí)回送測(cè)量溫度值。如出現(xiàn)掉電后重啟的情況，從機(jī)向主機(jī)發(fā)出重置請(qǐng)求，要求主機(jī)重發(fā)預(yù)置溫度。上位機(jī)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(duì)串口進(jìn)行編程可以使用Ｍｓｃｏｍｍ控件加快開發(fā)進(jìn)度。它是一個(gè)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(jī)上注冊(cè)后，在Ｃ＋＋　Ｂ?。酢。椋臁。洹。濉。蛳拢仁窃诓藛蔚模茫铮恚穑铮簦欤澹睿暨x項(xiàng)中導(dǎo)入ＡｃｔｉｖｅＸ控件，再Ｉｎｓｔａｌｌ?。校幔悖耄幔纾澹蠛缶涂梢栽冢粒悖簦椋觯澹孛姘逯锌吹讲⑹褂盟恕?/p>

　　數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟的ＡＣＣ：ＥＳＳ數(shù)據(jù)庫(kù)，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(shí)現(xiàn)了通過鼠標(biāo)操作就能實(shí)現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫(kù)、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(kù)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。