電池溫度智能監測系統設計
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1．2 DS18B20的控制時(shí)序
DS18B20與微處理器間采用的是串行數據傳送，在對其進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴格保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測溫結果。DS18B20控制時(shí)序主要包括初始化時(shí)序、讀操作時(shí)序和寫(xiě)操作時(shí)序，如圖2所示。
(1)初始化時(shí)序。時(shí)序見(jiàn)圖2(a)，主機總線(xiàn)t0時(shí)刻發(fā)送一復位脈沖(最短為480μs的低電平信號)接著(zhù)在t1時(shí)刻釋放總線(xiàn)并進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測到總線(xiàn)的上升沿之后等待15～60μs，接著(zhù)DS18B20在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續60～240 μs)，如圖中虛線(xiàn)所示。
(2)寫(xiě)操作時(shí)序。當主機總線(xiàn)t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，就產(chǎn)生寫(xiě)時(shí)間隙。從t0時(shí)刻開(kāi)始15μs之內應將所需寫(xiě)的位送到總線(xiàn)上，DS18B20在t0后15～60μs間對總線(xiàn)采樣，若低電平寫(xiě)入的位是0，若高電平寫(xiě)入的位是1，連續寫(xiě)2位的間隙應大于1 μs，見(jiàn)圖2(b)。
(3)讀操作時(shí)序。當主機總線(xiàn)t0。時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，總線(xiàn)只需保持低電平6～10μs之后，在t1時(shí)刻將總線(xiàn)拉高，產(chǎn)生讀時(shí)間隙，讀時(shí)間隙在t1時(shí)刻后到t2時(shí)刻前有效，t2～t0為15μs，也就是說(shuō)，在t2時(shí)刻前主機必須完成讀位，并在t0后的60～120μs內釋放總線(xiàn)，見(jiàn)圖2(c)。
2 系統硬件結構
監測系統主要由溫度監測節點(diǎn)、主控單元和上位機等3部分組成，系統結構如圖3所示。溫度監測節點(diǎn)分布在蓄電池組的各個(gè)單體電池上，采集各單體電池的溫度信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸給主控單元；主控單元與所有監測節點(diǎn)進(jìn)行通信，接收上位機的命令和來(lái)自監測節點(diǎn)的溫度信息，并將溫度信息上報上位機；上位機實(shí)時(shí)顯示蓄電池的溫度信息，并對數據進(jìn)行分析處理，根據設定的報警門(mén)限啟動(dòng)告警程序，及時(shí)發(fā)現異常電池。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/178358.htm
2．1 溫度監測節點(diǎn)設計
溫度監測節點(diǎn)的功能是完成對單體電池的溫度信息采集、處理和無(wú)線(xiàn)數據傳輸。采用單片機控制無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片nRF2401和單總線(xiàn)數字溫度傳感器DS18B20來(lái)實(shí)現溫度的智能測量，主要包括單片機系統、溫度采集電路、無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路、顯示電路、告警電路和電源等組成，其硬件結構如圖4所示。
DS18B20測溫電路如圖1所示，用熱傳導的粘合劑將DS18B20粘附在蓄電池的表明，管芯溫度與表面溫度之差大約在0．2℃之內。利用nRF2401無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸，nRF2401是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片，工作頻率范圍為全球開(kāi)放的2．4 GHz頻段。它內置了先入先出堆棧區、地址解碼器、解調處理器、GFSK濾波器、時(shí)鐘處理器、頻率合成器，低噪聲放大器、功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，使用起來(lái)非常方便。在本系統中nRf2401通過(guò)P2口與單片機進(jìn)行通信，AT89S51的P2．0和P2．1口分別與nRF2401的CLK1，DATA相連接。nRf2401的CS是片選端，CE是發(fā)送或接收控制端，PWR_UP是電源控制端，分別由單片機的P2．3，P2．4和P2．5引腳控制。nRF2401的DR1為高時(shí)表明在接收緩沖區有數據，接單片機的P2．2。
由于nRF2401的供電電壓范圍為1．9～3．6 V，而AT89S51單片機的供電電壓是5 V，為了使芯片正常工作，需要進(jìn)行電平轉換和分壓處理，設計采用MAXIM公司的MAX884芯片進(jìn)行5 V到3．3 V電平轉換，如圖5所示。
2．2 主控單元設計
主控單元和監測節點(diǎn)組成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路，通過(guò)主控單元實(shí)現上位機和監測單元的數據通信。主控單元的基本結構和監測單元類(lèi)似，主要由單片機系統、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、顯示電路、串行通信電路及電源等組成。
串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議，大多數計算機包含2個(gè)基于RS 232的串口，PC的串行口是RS 232C電平，而單片機的串行口是TTL電平，兩者之間通過(guò)串口通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉換，設計運用MAX232A芯片完成單片機與PC之間的數據傳輸，硬件連接電路如圖6所示。
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