PC—单片机分布式温度监控系统.doc

PC单片机分布式温度监控系统王勇维*王勇维，男，嘉应学院电子信息工程系学生 王小增(嘉应学院电子信息工程系 广东 梅州, 514015)摘要随着计算机技术的不断发展，采用上位微机与下位单片机构成的主从式监控系统越来越多，本文既利用了单片机价格低、功能强、抗干扰性能好等优点，又利用了Windows的高级用户界面，操作方便灵活。本PC单片机分布式温度监控系统利用A/D转换技术，在RS232和RS422串口通信总线标准下，将VB和分布式系统结合起来，构成了一个高效的监控网络系统。关键词分布式，监控，上位机，下位机，通信1前言在自动化领域中，许多简单重复性操作或对人体有害的工作都由机器完成，这就需要相关设备来监视机器工作情况，并作出相应的操作。为了实现这些工作，必须采集现场的情况，即相关设备的状态物理量，再将采集结果以一定的数据形式发送给主机进行状态的判断，主机根据设备的状态作出相应的操作。这样，就要充分利用现代的通信网络技术，因通信要求的不同，相应的通信标准也有许多，目前，由于RS232串行通讯的局限性，使得抗噪声好、传输距离远、传输数据快的RS422串行通信方式在工业环境中迅速发展。2PC单片机分布式温度监控系统的功能及其要求本PC单片机分布式温度监控系统具有以下几个基本功能：实时数据显示、瞬时曲线描绘、数据记录保存、控制操作、控制设置、语音报警、通信与网络。21显示功能本监控系统以数值和曲线两种方式形象显示被监控对象的温度情况。 22数据归档 在显示界面所显示的温度数值，均由系统自动保存在数据库中，供以后查询或对被监控对象作更深入的分析之用。23控制功能这部分包括两方面的内容：控制操作和控制设置。本监控系统先要进行控制设置，再执行控制操作，控制设置采用下拉列表可以设置控制的档位，而控制操作是采用简单的点击命令按钮。24报警功能 本监控系统在上位机和下位机上均设置有报警功能，上位机中，采用语音报警，同时还有相关提示；下位机则采用报警灯提示。25通信与网络本监控系统的主要通信网络采用RS422总线标准，RS422使用双绞线传输，具有很强的抑制共模干扰能力。2.6温度监控系统的基本性能要求（1）稳定性：监控系统可以长期稳定地工作；（2）准确性：尽可能减少误码，使数据读取和控制操作准确无误；（3）实时性：监控系统在数据读取和控制操作速度要满足工业控制的要求；（4）可扩展性：只要少许工作便可增强或改变系统功能。3PC单片机分布式温度监控系统实现方案3.1 PC单片机分布式监控系统硬件连接方案 在工业控制系统中，电机转速监控、水位监控和温度监控是很常见的，所以在构想PC单片机分布式监控系统时，把这三种监控方式纳入到本监控系统的监控范围，也就是说，所要设计的PC单片机分布式监控系统具有三个监控终端，可以实现电机转速监控、水位监控和温度监控三种功能，在分布式监控系统中有一定代表性。PC单片机分布式监控系统整个系统的结构框图如图1所示。图1 PC单片机分布式监控系统结构总图3.2利用ADC0809实现温度监控的方案这部分方案的思想是利用温度采样网络将温度变化转化为电压变化，再利用A/D转换技术把变化电压转化为二进制数值送给单片机处理，以作出相应的操作。利用ADC0809实现温度监控的方案框图如图2所示。 图2利用ADC0809实现温度监控的方案框图 图3 上位机程序结构框图3.3 PC单片机分布式温度监控系统上位机程序实现方案本监控系统的上位机采用VB编程，各个操作都是事件驱动的，其程序的结构框图如图3所示。由图3.3 可知，上位机程序是以通信程序为核心的，上位机通信程序的流程图如图4所示。3.4 PC单片机分布式温度监控系统下位机程序实现方案根据模块化的编程方法，把下位机的功能进行分块处理，一种功能用一个子程序来实现，下位机程序结构框图如图5所示。如同上位机，下位机的通信部分也很关键，下位机的通信程序流程图如图6所示。图4 上位机通信程序流程图 图6 下位机通信程序流程图图5 下位机程序结构框图4.PC单片机分布式温度监控系统的硬件设计41硬件设计在编写程序时，模块化思想是很有用的，它实质上是把复杂的大问题分解，分为若干独立、容易解决的小问题，从而达到解决问题的目的。在进行硬件电路设计的时候，本文也是可以采用这种思想的，即把整个电路构想分为若干功能块，然后再用较简单的电路来实现这些功能块。在设计PC单片机分布式温度监控系统的硬件电路时，可以把它分为如下几块：电源部分、89s51单片机基本电路、温度采样部分、设备控制部分。将各模块电路连接起来便可构成PC单片机分布式温度监控系统。42硬件电路的制作PC单片机分布式温度监控系统硬件电路的制作步骤是：(1)利用Protel软件生成电路布线图。(2)将生成的电路布线图用激光打印机打印在转印纸上。(3)将打印好的转印纸贴在覆铜板上，再利用制板机将转印纸上的墨粉附在覆铜板上。(4)将附有墨粉的覆铜板放进三氯化铁溶液中腐蚀。(5)在腐蚀好的电路板的焊盘上钻孔。(6)焊接元件。5PC单片机分布式温度监控系统的软件设计 对于低端的计算机系统，硬件和软件是同等重要的，既然PC单片机分布式温度监控系统下位机硬件电路已经制作完毕，接下来的工作就是该系统软件设计。5.1通信协议数据通信是机器之间的通信，而大部分是利用数据通信网将若干台计算机连成计算机网络来实现，所以数据通信也叫计算机通信。正由于数据通信是机器间的通信，所以和其他通信方式一样，应该在通信系统中规定一个统一的通信标准，即通信的内容是什么、如何通信、何时通信，都必须在通信的实体之间达成大家都能接受的协定，这些协定就被称为通信协议。也可将协议定义为监督和管理两个实体之间的数据交换的一整套规则。概括地说，通信协议是对数据传送方式的规定，包括数据格式定义和数据位定义等2。52功能码的规定其实，计算机通信就好比人与人之间的对话，而计算机传输的只是二进制的数值，所以在计算机通信时，必须人为地为其将二进制数值规定为具有一定含义的功能码，从而使上位机和下位机之间能够顺畅通信。在这个PC单片机分布式监控系统中的通信功能码还算是比较简单的，下面就用列表的形式来加予说明。表1 通信功能码功能码36H37H38H31H32H33H 功 能电机终端地址水位终端地址温度终端地址上位机要求下位机发送数据上位机要求下位机接收数据上位机或下位机要求结束可见，在通信过程中，为了识别功能码和数据，传输的二进制数值必须含有一位识别位，根据89s51的功能，下位机的串行口的工作方式应该选择工作方式3。53波特率的设置通信线路上传送的所有位信号都保持一致的信号持续时间，每一位的宽度都由数据传送率确定，而传送速率是以每秒传送多少个二进制位量度的，这个速率叫波特率。这个波特率就是协调计算机正常通信重要标准。计算机之间通信时，波特率必须相同，也就是说，要保持计算机传输数据的步调一致。89s51单片机的串行接口的工作方式有四种，各种工作方式下的波特率是不相同的，在软件设计的过程中，这一点也要给予一定的重视。6.结论本监控系统以计算机与单片机多机串行通信理论为基础，充分利用PC机强大数据处理能力和通信技术及单片机数据采集、测控功能。在研制开发过程中不断调试，反复实验，结果证明，该系统的设计比较合理，技术先进，通信传输数据、数据处理准确无误，基本上达到预期效果