利用單片機實(shí)現多路溫度測量

　　圖1就是用RS-485構成的總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )系統，采用主從方式進(jìn)行多機通信。主機采用8位微處理器ATMEG128L，從機采用ATMEG16L。每個(gè)從機通過(guò)地址編碼擁有自己固定的地址，由主機控制完成網(wǎng)上的每一次通信。圖4是MAX485和微處理器的接口電路，A、B為RS-485總線(xiàn)接口，D是發(fā)送端，R為接收端，分別與單片機串行口的TXD、RXD連接，由于采用半雙工通訊，所以還有收發(fā)控制端，MAX485的RE、DE為收發(fā)使能端，由微處理器的 PE4(主機)、PC5(從機)口作為收發(fā)控制。該控制口高電平時(shí)，MAX485處于發(fā)送狀態(tài)，將微處理器TXD處的數據經(jīng)A、B差分送出到RS-485的總線(xiàn)上;當該控制口為低電平時(shí)，MAX485處于接受狀態(tài)，將RS-485總線(xiàn)上的差分信號轉換成TTL電平的信號由R端輸出到微處理器的RXD端。當總線(xiàn)上沒(méi)有信號傳輸時(shí)，總線(xiàn)處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號的影響。應將總線(xiàn)上差分信號的正端A+和+5V電源間接一個(gè)10KW電阻;正端A+和負端B-間接一個(gè)10KW電阻;負端B-和地間接一個(gè)10KW電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò )。當總線(xiàn)上沒(méi)有信號傳輸時(shí)，正端A+的電平大約為3.2V，負端B-的電平大約為1.6V，即使有干擾信號，卻很難產(chǎn)生串行通信的起始信號0，從而增加了總線(xiàn)抗干擾的能力。

　　本系統對RS-485串行通訊的應用電路中，在A(yíng)和B端預留了上拉電阻、和AB之間的匹配電阻，但實(shí)際使用過(guò)程中，由于通訊距離很短(10m以?xún)?，所以匹配電阻并沒(méi)有焊上，而是在MAX485和微處理器的TXD和RXD接口處增加了兩個(gè)10KΩ的上拉電阻。用示波器測量其通訊信號波形時(shí)，發(fā)現R2、R3兩個(gè)上拉電阻接上后，通訊數據的波形得到了明顯的改善，通訊成功率大大提高。

　　RS-485通訊需要嚴格遵循通訊協(xié)議，否則通訊是不會(huì )建立起來(lái)的。尤其是在主從機采用不同的處理器時(shí)，軟件處理一定的仔細查看其說(shuō)明文件，不能一視同仁。在本電路的實(shí)驗過(guò)程中，就發(fā)現一個(gè)波特率設置的問(wèn)題。波特率的設置公式如下：

　　BAUD= Fosc/16(UBRR+1)

　　其中BAUD為通訊速率，Fosc為系統時(shí)鐘頻率，UBRR為波特率寄存器UBRRH、UBRRL中的值(0~4095)。

　　波特率的設置公式中用到了微處理器的系統時(shí)鐘頻率Fosc，我們的主從機雖然都使用了外部4M晶振，但主機內部將4M頻率三分頻，而從機仍然使用4M主頻，軟件編寫(xiě)過(guò)程中，將主從機的波特率寄存器初始化值置為一樣的，這樣就造成了主從機的波特率相差2倍，通訊當然是不能成功的。

　　為了保證通訊成功，開(kāi)始時(shí)所有從機復位，即處于監聽(tīng)狀態(tài)，等待主機的呼叫。當主機向網(wǎng)上發(fā)出某一從機的地址時(shí)，所有從機接收到該地址并與自己的地址相比較。如果相符，說(shuō)明主機在呼叫自己，應發(fā)回應答信號，表示準備好開(kāi)始接收后面的命令和數據;否則不予理睬，繼續監聽(tīng)呼叫地址。主機收到從機的應答后，則開(kāi)始一次通信。通信完畢，從機繼續處于監聽(tīng)狀態(tài)，等待呼叫。由于發(fā)送和接收共用同一總線(xiàn)。在任意時(shí)刻只允許一臺單機處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應答的單機必須在偵聽(tīng)到總線(xiàn)上呼叫信號已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒(méi)有其它單機發(fā)出應答信號的情況下，才能應答。接受狀態(tài)和發(fā)送狀態(tài)的轉換是通過(guò)方向口高低電平的變化來(lái)完成的。

　　溫度采集和顯示

　　從機模塊完成的主要功能是8路溫度模擬信號的采集和向主機正確的發(fā)送這8個(gè)采樣溫度，本系統中采用溫度傳感器為AD590。AD590是一個(gè)電流型集成溫度傳感器，其輸出電流正比于絕對溫度，當溫度為273開(kāi)氏度時(shí)，其輸出電流為273微安。溫度每變化1K(也可以理解為1℃)，輸出電流變化1微安。將電流信號經(jīng)運算放大器后輸出0~5V(參考電壓為5V)的電壓信號，經(jīng)過(guò)ATMEG16L的10位A/D轉換后變?yōu)閿底中盘柎娣旁趶臋C的緩存區。當主機發(fā)出與該從機相應的地址信號后，從機應應答并將采樣后的數據經(jīng)RS-485總線(xiàn)送給主機并顯示在液晶屏幕上。

　　從機通過(guò)自己的A/D口直接進(jìn)行模擬量采集比利用多路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)采集數據要方便的多，為使采樣的溫度數據更接近實(shí)際值，我們在軟件上增加了一些處理措施，如求多次采樣的平均值、中值濾波等。

　　為消除一些人為造成的誤差，我們在該主從機中使用了一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，這樣開(kāi)關(guān)電源電壓的波動(dòng)對所有溫度探頭的影響是一致的。另外，所有的溫度探頭線(xiàn)的長(cháng)度都保持一致。溫度探頭線(xiàn)和主從機的通訊線(xiàn)都必須使用屏蔽雙絞電纜，并將屏蔽電纜進(jìn)行良好接地。特別是在RS-485串行通訊中，主從機必須共地，否則嚴重時(shí)會(huì )有共模干擾，導致數據傳輸出錯。

　　在實(shí)際的使用過(guò)程中，為保證數據采集的可靠性，還必須對每個(gè)溫度探頭進(jìn)行校準，一般情況下，我們將32個(gè)或64個(gè)溫度探頭盡量放在一起，并將其統一放在一個(gè)溫度比較穩定的老化實(shí)驗箱中，穩定2個(gè)小時(shí)后，在同一點(diǎn)將所有的探頭校準，并做升溫處理觀(guān)察在升溫后各個(gè)溫度點(diǎn)的探頭測量值是否保持一致。否則應在高溫段再校準并做降溫過(guò)程的跟蹤觀(guān)察。

　　結語(yǔ)

　　本文介紹了主從機用RS-485串行總線(xiàn)，完成對多路溫度信號的測量。特別介紹了RS-485通訊電路在實(shí)際使用中的一些措施 。孵化設備多路溫度測試儀器正是采用了這些措施，使得測試過(guò)程中通訊穩定，測量路數配置靈活，測量數據穩定可靠。

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