分布式多路远程温度检测系统的设计与实现

1、维普资讯 第 19卷 第 12期乐山师范学院学报V0119No122004年 12月JournalofI han Teache ColegeDec2004分布式多路远程温度检测系统的设计与实现朱 华 贵(江西财经大学 电子学院，江西 南昌 330013)摘 要：本系统运用主从分布式和总线分布式多机通讯方式思想，设计了一种可大规模多点温度测量的巡回检测系统。利用 RS-485进行串行通讯，通过 PC机发出控制指示，对各单片机从机进行现场温度采集，由PC机进行数据处理和显示。系统检测温度范围为0C400C，分辨率可达到OOlE，并可由PC机统一设置系统时间和温

2、度修正值和设置各从机的温度报警上下限，主机、从机均具有声光报警功能和数据更新与掉电保护功能、打印功能，人机界面友好。本系统具有巡检速度快，扩展性好、分辨率高等特点。关键词：温度；分布控制；巡回检测；Rs_485中图分类号：TP2735文献标识码：A文章编号：10098666(2004)120025-03多路温度的检测在现代许多场合，在工业、农业、13常生活等方面都广泛应用，如程控交唤机室对温度的限制，粮仓中粮温的检测以及区域性森林防火等，都需要大范围集散分布检测点对温度等进行监测。该系统以8051单片机系统为核心，采用 P-S-485串行通讯标准，通过上位 PC机发出各种控制命令，对各从单片机

3、控制系统从机进行现场温度采集，然后将数据送回主控 PC机中进行数据处理。1 系统整体设计多路温度检测系统以 8051单片机系统为核心，能对多点的温度进行实时控制巡检。各检测单元(从机)能独立完成各自功能，根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集，测量结果不仅能在本地储存、显示，而且可以利用单片机串行口，通过 RS-485总线及通信协议将将采集的数据传送到主控机，进行进一步的分析、存档、处理和研究。主控机负责控制指令发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果(包括历史数据)进行整理、显示和打印。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到了系统整体统一、和谐的控制效果。系统

4、框图如图 1所示。温度测点n电豫点【-，j篮n温度测点t-； 输人多路弓片机机控温度测点r调理 + 选择 -转从制电开换控的l关器系制主控l r路温度测点J统制图 1 系统框图2 电路设计方案整个设计电路主要包括温度检测电路、AD转换电路、通信电路、主控制电路等电路构成，下收稿日期：20041022作者简介：朱华贵(1969-)，男，江西临川人，江西财经大学电子学院，副教授，主要从事信号处理、测控技术的教学和研究工作。25维普资讯 继电器 I2所在桥臂 电阻为 R茁，继 电器 J1选择AD620的反馈电阻 ，温度处于 195C400C时，控制继电器 I2将

5、电阻 R3串接上，并相应控制继电器 I1选择做为 AD620的反馈电阻 ，在切换桥臂电阻时同步改变放大倍数，从而达到自动改变量程、提高测量精度的目的。22 AD转换电路的设计AD转换器性能的好坏直接关系到整个系统的测试精确度，为保证系统测温的分辨率达到01，另由于本系统测量的是温度信号，响应时间长，滞后大，不要求快速转换，故选用 12位串行AD MAx187。MAX187是美国MAXIM公司设计的 12位串行 AD转换器，其内部集成了大带宽跟踪保持电路和串行接口，转换速率高且功耗低，特别适合对体积、功耗和精度有较高要求的便携式智能化仪器仪表产品。MAX187具有 12位的分辨力，其基准电压为4

6、096V，故最小分辨电压为 =o001V，能分一辨的最小温度变化为 400 x0001v=00976(3，能够满足设计的要求。当然若要进一步提高精度，可以采用 16位AD转换器，并可采用过采样和求均值技术来提高测量分辨率。在设计中采用了后一种方法。所谓过采样技术是根据奈奎斯特采样定理，要求 ADC以高于系统所需采样频率 的速率对信号进行采样时，能增加测试的有效位数。每增加一位分辨率，信号必须被以 4倍的速率过采样，即f=4wA=1+丁494k其中望增加的分辨率位数；初始采样频率要求；采样频率。1上一”一在采用过采样和求均值技术的情况下，可使ADC测量温度的精度和分辨率大大得到提高。另外，为了减

7、小工频信号引起的误差，本设计l 在采样时在 40ms(20ms的两倍)时间内采样，然后再取平均值，将工频信号误差滤除，进一步提高了系统的测量精度。23 通信电路设计由于单片机串行口输出的是 TTL电平，要想u=(且RT+R1一)2A，计算可到的 RT 实现多机通讯、远距离传输，必须要将其转换成常用的串行通信总线标准接口电平，如 RS一232或RS一485。为实现远距离的的信号传输，本系统采用 RS-485总线进行传输，并选用 MAX485驱动芯片进行电平转换。RS一485标准接口为差分驱动结构，它通过传输线驱动器把逻辑电平变换为电26位差，完成信号的传递，具有传输速率快、传输距离长(可传 12

8、00m)、抗干扰能力强等优点，允许在一 对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。系统进行温度检测工作采用主从中断通信协议方式。首先，主控机针对需要检测的从机发出巡检指令，通过串口送出，经接口电路加载至通讯长线电缆端口，成功确认应答信号后转为数据接收状态；各从单片机系统同时接收到经通讯接口输入的巡检指令；并与自身地址编码比较，若编码一致后则产生应答信号，然后将采集到的数据发送回主机，发送完毕后在切换至采集信号并等待响应接收中断状态；主机将接收到的全部数据经校验判断无误后，送数据处理机进行计算、显示，如数据传输有误，则指令从机重发数据。24 主控制电路设计主控电路是系统的核心部分，主要负责控制从机，

9、设置从机状态信息和收集从机检测信号，然后将收集到的数据进行存储、分析、显示、打印，并根据用户设置的报警阈值进行声光报警。电路设计除了键盘、液晶、打印机等常规外设外，为了能在掉电时保存原来的数据，增加了一片24C64用来保存温度数据，并增加了一片日历时钟芯片12F887。主控机每过一段时间收集一次数据，并将数据保存到 E2PRoM。3 软件设计系统的软件设计的总流程图如图 3所示。(上接第 24页)最后得到 O 6V的电压，使电路在整个温度范围内保持良好的线性。交流电电压测量采用单片集成的有效值变换器 AD536，将经过变压器降压的交流电信号转换为精确的直流信号，送 ICL7135进行模数转换后

10、读入单片机中并进行显示。维普资讯 图 3 主机总流程图4 结论在本设计中，实现了用 PC机代替单片机作为检测系统的主控制器，可实现在各种环境下对多点温度的远距离测量，另外通过系统的软件控制可随时设置系统时间及温度的修正；具有实时检测功能，能够同时检测多路温度点的温度，检测温度范围 0(2400C，检测温度分辨率可达到001(2，并可由主控机统一设置系统时间和温度修正值设置各从机的温度报警上下限，主机、从机均具有声光报警功能和数据更新与掉电保护功能、打印功能，人机界面友好。本系统具有巡检速度快，扩展性好的特点。4 系统软件工作流程图软件系统在本设计中占相当重要的部分，基本功能大部分是由软件完成的，功能发挥部分同样需要软件的密切配合才能顺利实现。软件系统主