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用的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線，而溫度補(bǔ)償導(dǎo)線價格很貴，并且線路太長也會影響測量精度。在實(shí)際應(yīng)用中往往需要對較遠(yuǎn)處（1KM左右）的溫度信號進(jìn)行監(jiān)視。現(xiàn)有的解決方案有很多，例如：
1、 在現(xiàn)場用智能儀表對溫度信號進(jìn)行測量，用計算機(jī)作上位機(jī)與智能儀表進(jìn)行通訊來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測（采用這種方案要增加計算機(jī)設(shè)備及相關(guān)計算機(jī)軟件）。
2、 NCU+DDC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測。用兩個DDC，一個安裝在現(xiàn)場測量溫度，另一個安裝在監(jiān)視地，兩個DDC通過NCU進(jìn)行通訊從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測。
但以上方案都存在成本高的問題，有沒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)以極低的成本來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測。
二、問題的提出
        我單位管理的鍋爐房同時給兩棟建筑物內(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強(qiáng)度，同時也使鍋爐房經(jīng)常無人(因每班1人值班)。如果能在鍋爐房顯示兩個熱交換站內(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才需到各熱交換站檢查設(shè)備，這樣便可解決上述問題。經(jīng)過分析，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)過實(shí)驗(yàn)取得了成功，現(xiàn)將設(shè)計方案簡述如下：
三、控制要求及解決方案選擇
1、 兩個熱交換站分高低區(qū)共安裝有8個熱交換器，正常水溫在45oC至65oC之間；兩個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)方式時每按上鍵或下鍵一次則顯示上或下一個熱交換器熱水溫度，每3秒自動更新數(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)場測量溫度，設(shè)計制作一個單片機(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
        因熱水溫度信號變化較慢，因而對通信的速度要求不高，對于這種低速率遠(yuǎn)距離的通訊選用RS-485總線適宜。它以半雙工方式通信，支持多點(diǎn)連接，傳統(tǒng)驅(qū)動器允許創(chuàng)建多達(dá)32個節(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
        為了滿足現(xiàn)場溫度檢測及與單片機(jī)裝置通訊的要求，必須選擇至少有5個溫度檢測點(diǎn)及具有RS—485通訊端口的智能儀表。經(jīng)過對市場上常用的溫度檢測儀進(jìn)行分析，選擇XJ-08S型巡回檢測儀作現(xiàn)場測量儀表。
（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)信號混合輸入，可通過鍵盤進(jìn)行設(shè)置；
2、 最多8個測量通道（能測量8個溫度信號）；
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，該儀表的說明書詳細(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)議也相對較簡單，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，但大多沒有通訊命令的詳細(xì)說明，給我們用單片機(jī)編程增加了難度）。
（二）XJ-08S巡回檢測儀通訊協(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：二線
? 數(shù)據(jù)代碼：ASCII碼
? 數(shù)據(jù)格式：每字符10位，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位
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)時測量值時，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  幀類型  幀數(shù)據(jù)  CRC  CR
? @  ：通訊起始符
? DE  ：儀表設(shè)備號（地址）
? 幀類型 ：操作命令
? 幀數(shù)據(jù) ：各種操作命令所對應(yīng)的命令及數(shù)據(jù)
? CRC ：校驗(yàn)字節(jié)（除@外CRC之前的其他幾個字節(jié)的異或值）
? CR  ：結(jié)束符（回車符）
4、應(yīng)用中用到的命令及數(shù)據(jù)格式：
? 讀儀表全部動態(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
       錯誤 @DE * * CRC CR
   例：讀28號儀表的全部動態(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)
   正確返回數(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
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（其引腳圖見原理圖）
? 具有8K字節(jié)可擦寫的FLASH內(nèi)部程序存儲器，可擦寫1000次；2K字節(jié)EEPROM，可擦寫100，000次，SPI口（用PC機(jī)的并口連接５條線即可通過SPI口下載程序，下載軟件可從網(wǎng)上下載，這樣可節(jié)省購買編程器的費(fèi)用；）。
? 256字節(jié)RAM，32根可編程I/O線，可編程串行口，內(nèi)置看門狗。
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
與看門狗有關(guān)的特殊功能寄存器WMCON 地址= 96H，與看門狗有關(guān)的控制位為96h第0、1、5、6、7位，第5、6、7位用于設(shè)置看門狗定時時間，本應(yīng)用中第5、6、7位均置1，設(shè)置看門狗溢出時間為2048ms，第0位為看門狗使能控制位，該位置1將使能看門狗，其第1位為復(fù)用位，向第1位寫1將復(fù)位看門狗定時器，具體操作如下：
a,使能看門狗，并將其溢出時間設(shè)定為2048ms：ORL  96H, #0E1H;
b,看門狗定時器清0：ORL  96H, #2

2、按鍵設(shè)計：
        為方便使用，設(shè)計了三個按鍵，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。按鍵信號由單片機(jī)P3.3，P3.4，P3.5引腳輸入。

3、顯示電路設(shè)計
        為方便觀察，選用三個二位共陽級8段數(shù)碼顯示管（TOD5201AE）動態(tài)顯示，一位顯示儀表地址（從A至F），一位顯示通道號（從0至7通道），其余四位用來顯示實(shí)時溫度值；用單片機(jī)P1口驅(qū)動一片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)動六個ＰＮＰ三極管（9012）控制位選。

4、電源選用5V/1A市售成品開關(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個起始位、8個數(shù)據(jù)位、一個停止位；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；兩個智能儀表處于RS-485總線的兩個端點(diǎn)，為提高可靠性，在RS-485總線的兩個端點(diǎn)上分別并聯(lián)一個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)裝置電原理圖見下頁：
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[ 本帖最后由 OUYANGGANG 于 2008-11-21 00:36 編輯 ]