基于RS-485總線(xiàn)的溫度監控系統

引言

　?。遥右唬矗福?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/總線(xiàn)">總線(xiàn)由于平衡差分傳輸的特性，具有抗干擾能力強，傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實(shí)現多站遠距離通信，組網(wǎng)方便，成本低廉，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應用。

　　本系統是基于ＲＳ一４８５總線(xiàn)的遠程多路溫度監測、控制系統，上位機是一臺ＰＣ，下位機是多個(gè)以ＡＴ９８Ｓ５１為控制器的溫度傳感器。工作時(shí)，下位機會(huì )向上位機發(fā)出本機地址和詢(xún)問(wèn)預置溫度的請求。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(dòng)并根據請求把相應的預置溫度發(fā)給下位機，此后每隔一定時(shí)間逐一詢(xún)問(wèn)已啟動(dòng)的下位機測定的溫度信息，獲得溫度值后存入數據庫并實(shí)時(shí)顯示當前各路傳感器測定溫度，當溫度過(guò)高時(shí)，會(huì )告警提示。下位機獲得預置溫度后，開(kāi)始對傳感器的數據采集和溫度測量。當溫度低于預置溫度時(shí)，接通加熱器加熱溫度，溫度過(guò)高時(shí)，接通制冷設備加速降溫，同時(shí)把溫度信息傳回上位機，溫度超出范圍后，還會(huì )以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數據庫，并實(shí)時(shí)顯示，系統還具備數據庫管理、溫度變化曲線(xiàn)繪制等功能。當下位機掉電重啟后，會(huì )向上位機重新問(wèn)詢(xún)獲得掉電前的預置溫度。溫度監控系統由傳感器電路、信號調整電路、Ａ／Ｄ采樣電路、控制電路、監控主機組成?；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)調整電路變換到ＴＴＬ電平、由Ａ／Ｄ采樣后將數字量送給單片機控制電路，單片機根據開(kāi)機時(shí)上位機傳來(lái)的設定溫度判斷作何種控制，如溫度未到設定溫度，經(jīng)驅動(dòng)控制繼電器閉合接通加熱器，如溫度過(guò)高則接通制冷設備加速降溫。單片機還將所測溫度在數碼管上顯示，并在上位機詢(xún)問(wèn)時(shí)把測量溫度送到上位機入庫。系統框圖如下圖１。

　　系統實(shí)現

　　硬件設計

　?。粒裕福梗樱担笔牵粒裕停牛坦镜目稍诰€(xiàn)編程的單片機，它價(jià)格低廉，且支持在系統編程（ＩＳＰ），方便設計者開(kāi)發(fā)調試。溫度傳感器選用ＮＳ公司生產(chǎn)的Ｌ＝?。停常?，它具有很高的工作精度和較好的線(xiàn)性工作范圍，測溫范圍為一５５℃～＋１５０℃，完全適用于一般的測溫場(chǎng)合。其輸出電壓與攝氏溫度線(xiàn)性成正比，無(wú)需外部校準即可提供１／４℃的測量精度。信號調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，調整為ＴＴＬ電平，以便與Ａ／Ｄ兼容。由于單片機?。桑峡谟邢?，在對測溫實(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轉換器ＡＤＣ０８３２，它與單片機的ＩＯ連線(xiàn)只有三根，減少了ＩＯ占用量。四個(gè)數碼管的數據端都接到單片機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)數碼管，顯示相應數值，利用分時(shí)顯示在數碼管上顯示溫度值。當溫度變化時(shí)，Ａ／Ｄ采集調整電路輸出電壓值，送單片機，單片機根據采樣值判定溫度，通過(guò)數碼管顯示溫度值并回饋上位機。

　　原理圖如圖２　所示。

　　軟件設計

　　下位機軟件設計

　　下位機的軟件是在Ｋｅｉｌ?。酰郑椋螅椋恚欤蚕?，使用Ｃ語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。下位機的軟件設計中，主要解決三個(gè)問(wèn)題：一是ＡＤＣ０８３２的控制位寫(xiě)入。根據數據手冊，在時(shí)鐘上升沿寫(xiě)入配置字即可，但按此方法始終不能正確讀出數據，后來(lái)經(jīng)過(guò)試驗，在寫(xiě)入配置字的每一位后，還要在負跳變前把數據翻轉，配置字才能正確寫(xiě)入。二是數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)數碼管，分時(shí)顯示對應的數字值。三是Ａ／Ｄ采樣數據的處理，為避免因干擾而造成Ａ／Ｄ采樣數據不穩定，這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續采樣七次，去掉最高值和最低值，其余五次取平均值來(lái)獲得Ａ／Ｄ采樣的數字量。

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

　　上位機軟件設計

　　本系統為主從式監控系統，主機（即上位機）在向下位機發(fā)預置溫度啟動(dòng)下位機后，輪詢(xún)不同地址碼的從機，獲得溫度值，存入數據庫并在主界面顯示。從機接收到主機預置溫度后啟動(dòng)，每次主機詢(xún)問(wèn)溫度值時(shí)回送測量溫度值。如出現掉電后重啟的情況，從機向主機發(fā)出重置請求，要求主機重發(fā)預置溫度。上位機的通信軟件開(kāi)發(fā)采用Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ５．Ｏ，它的集成ＲＡＤ開(kāi)發(fā)環(huán)境可以幫助開(kāi)發(fā)人員快速高效地開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的程序。在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中對串口進(jìn)行編程可以使用Ｍｓｃｏｍｍ控件加快開(kāi)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，拷貝到本機上注冊后，在Ｃ＋＋?。隆。酢。椋臁。洹。濉。蛳?，先是在菜單的Ｃｏｍｐｏｔｌｅｎｔ選項中導入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?。

　　數據庫采用微軟的ＡＣＣ：ＥＳＳ數據庫，使用ＡＤＯ數據引擎；Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ在ＡＤＯ面板中提供了完備的ＡＤＯ開(kāi)發(fā)控件，實(shí)現了通過(guò)鼠標操作就能實(shí)現連接數據庫、編輯數據內容、顯示數據等一些基本數據庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線(xiàn)便于操作員管理。