基于單片機的通信電源蓄電池溫度監測系統設計

0 引 言

在通信系統的設計和建設中，通信電源被稱(chēng)為通信系統的心臟，電源系統將直接影響通信系統的可靠性和穩定性。美國APC公司的一項調查結果表明，大約有75％以上的通信系統故障都是由于電源設備故障而引起的。目前，通信系統電源供電大都是由不間斷的蓄電池提供的，蓄電池溫度過(guò)高勢必影響到電池的工作效率和壽命。因此對蓄電池的工作溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測具有實(shí)際意義。

1 系統組成

蓄電池溫度監測系統的原理框圖如圖1所示。主要由電壓、溫濕度采集、溫度采集、89S51單片機、鍵盤(pán)控制模塊、顯示電路模塊、通信模塊組成。該系統能完成6組或6組以上通信電池的溫度測量、1路機房環(huán)境測量(溫度、濕度測量)、2路直流電壓和2路交流電壓測量，傳輸數據距離大于200 m。

2 硬件設計

2．1 單片機選擇

該系統單片機選用89S51，該單片機采用0．35新工藝。成本降低，功能提升，與傳統的89C51單片機相比主要具有以下特點(diǎn)：

(1)功能增多，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變；

(2)ISP在線(xiàn)編程功能；

(3)最高工作頻率為33 MHz，計算速度更快；

(4)具有雙工UART串行通道；

(5)內部集成看門(mén)狗計時(shí)器；

(6)雙數據指示器；

(7)兼容性強，向下完全兼容51全部子系列產(chǎn)品。

2．2 溫度傳感器的選擇及其與單片機的連接

溫度采集選用DS18B20，DS18B20具有獨特的單總線(xiàn)接口方式，通過(guò)串行通信接口(I／O)直接輸出被測溫度值接口方式，CPU只需一根端口線(xiàn)就可與DS18820實(shí)現雙向通信；在使用中不需要任何外圍元件；內含寄生電源，既可采用寄生電源，也可由VDD直接供電；允許電壓范圍是3．0～5．5 V，進(jìn)行溫度／數字轉換時(shí)的工作電流約為1．5 mA，待機電流僅為1μA，典型功耗為5 mW；溫度測量范圍為－55～125℃，在0～85℃之間，誤差小于0．5℃；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以?huà)旖釉谝桓偩€(xiàn)上，可實(shí)現多點(diǎn)測溫；具有負壓特性，當電源極性接反時(shí)，溫度計不會(huì )因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

DS18B20和單片機的連接如圖2所示，由VCC直接供電，連接一個(gè)4．7 kΩ左右的上拉電阻，DQ直接連到單片機的P1．0口上。

CPU對DS18B20的訪(fǎng)問(wèn)流程是：對DS18B20初始化即ROM操作命令、存儲器(包括便箋式RAM和E2PROM)操作命令即數據處理。單總線(xiàn)上所有處理都從初始化開(kāi)始，初始化時(shí)序由主機發(fā)出的復位脈沖和一個(gè)或多個(gè)從機發(fā)出的應答脈沖組成。主機接收到從機的應答脈沖后，說(shuō)明有單總線(xiàn)器件在線(xiàn)，主機就可以開(kāi)始對從機進(jìn)行ROM命令和存儲器操作命令，使DS18B20完成溫度測量并將測量結果存人高速暫存儲器中，然后讀出此結果。

2．3 交、直流電壓以及機房溫濕度的測量

直流電壓、交流電壓以及機房溫濕度的測量選用TLC1543，TLC1543為10位11通道的A／D轉換器，與單片機的連接如圖3所示。機房環(huán)境測量(溫度、濕度)采用JWS溫濕度變送器，輸出信號為標準0～5 V直流電壓信號；直流電壓的數據采集經(jīng)電阻分壓后直接送至A／D轉換器，交流電壓的采集經(jīng)分壓整流后也直接送至A／D轉換器。

2．4 顯示電路設計

溫度顯示采用6位LED，與單片機的連接如圖4所示。顯示模塊由8279鍵盤(pán)、顯示接口芯片和相應的驅動(dòng)電路組成。8279的掃描線(xiàn)SLA～SLC在掃描過(guò)程中，可將芯片內部顯示單元的內容送到輸出數據線(xiàn)OA0～OA3和OB0～OB3掃描線(xiàn)經(jīng)74HC138譯碼，作為多位LED數碼管的位選線(xiàn)，通過(guò)74LS04反相后，再經(jīng)過(guò)位驅動(dòng)芯片，用于對不同的數碼管進(jìn)行位驅動(dòng)。同時(shí)，用OA0～OA3和OB0～OB3送出的數據對應地驅動(dòng)每個(gè)數碼管的8個(gè)顯示段，使6個(gè)數碼管輪流驅動(dòng)發(fā)光。驅動(dòng)芯片采用SN75491和SN75492，分別驅動(dòng)數碼管的段和位顯示，保證6位數碼管都被點(diǎn)亮時(shí)需要的最大電流。

2．5 通信模塊設計

為了滿(mǎn)足數據傳輸距離大于200 m，通信采用75LBC180全雙工485芯片，單片機通信電平和計算機電平的轉換采用MAX232完成，如圖5所示。MAX232芯片是專(zhuān)為電腦的RS 232標準串口設計的接口電路，使用+5 V單電源供電。另外。RS 232到RS 485的轉換可采用專(zhuān)用的轉換器，如BOK－60或ATC－160A無(wú)源轉換器。

3 軟件設計

蓄電池溫度監測系統的軟件設計主要包括主程序、外部中斷子程序、顯示子程序等。圖6是該系統的主程序流程圖。用于完成對DS18B20的調用、中斷管理、測量溫度值的計算及溫度值的顯示等功能。主機89S51首先復位脈沖使信號線(xiàn)上所有的DS18B20芯片都被復位，接著(zhù)發(fā)送跳過(guò)ROM操作命令，激活在線(xiàn)的所有DS18B20，然后系統轉人中斷處理流程，完成溫度轉換，讀取等工作。外部中斷子程序完成對溫度測量數據的讀取，顯示子程序完成液晶顯示器的初始化及顯示溫度值。

4 結 語(yǔ)

基于89S51和DS18B20的通信電源蓄電池溫度監測系統，接口簡(jiǎn)單，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線(xiàn)和邏輯電路，與傳統裝置相比，具有結構簡(jiǎn)單，成本低，可靠性和測溫精度高，功耗低，應用面廣等優(yōu)點(diǎn)。