基于RS-485總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)

引言

　　ＲＳ一４８５總線由于平衡差分傳輸?shù)奶匦?，具有抗干擾能力強，傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現(xiàn)多站遠距離通信，組網方便，成本低廉，因此在工業(yè)控制領域得到廣泛應用。

　　本系統(tǒng)是基于ＲＳ一４８５總線的遠程多路溫度監(jiān)測、控制系統(tǒng)，上位機是一臺ＰＣ，下位機是多個以ＡＴ９８Ｓ５１為控制器的溫度傳感器。工作時，下位機會向上位機發(fā)出本機地址和詢問預置溫度的請求。上位機獲得下位機地址后，就知道那些地址的下位機已啟動并根據(jù)請求把相應的預置溫度發(fā)給下位機，此后每隔一定時間逐一詢問已啟動的下位機測定的溫度信息，獲得溫度值后存入數(shù)據(jù)庫并實時顯示當前各路傳感器測定溫度，當溫度過高時，會告警提示。下位機獲得預置溫度后，開始對傳感器的數(shù)據(jù)采集和溫度測量。當溫度低于預置溫度時，接通加熱器加熱溫度，溫度過高時，接通制冷設備加速降溫，同時把溫度信息傳回上位機，溫度超出范圍后，還會以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數(shù)據(jù)庫，并實時顯示，系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)庫管理、溫度變化曲線繪制等功能。當下位機掉電重啟后，會向上位機重新問詢獲得掉電前的預置溫度。溫度監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器電路、信號調整電路、Ａ／Ｄ采樣電路、控制電路、監(jiān)控主機組成。基本工作原理是：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出，經調整電路變換到ＴＴＬ電平、由Ａ／Ｄ采樣后將數(shù)字量送給單片機控制電路，單片機根據(jù)開機時上位機傳來的設定溫度判斷作何種控制，如溫度未到設定溫度，經驅動控制繼電器閉合接通加熱器，如溫度過高則接通制冷設備加速降溫。單片機還將所測溫度在數(shù)碼管上顯示，并在上位機詢問時把測量溫度送到上位機入庫。系統(tǒng)框圖如下圖１。

　　系統(tǒng)實現(xiàn)

　　硬件設計

　　ＡＴ８９Ｓ５１是ＡＴＭＥＬ公司的可在線編程的單片機，它價格低廉，且支持在系統(tǒng)編程（ＩＳＰ），方便設計者開發(fā)調試。溫度傳感器選用ＮＳ公司生產的Ｌ＝?。停常担哂泻芨叩墓ぷ骶群洼^好的線性工作范圍，測溫范圍為一５５℃～＋１５０℃，完全適用于一般的測溫場合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比，無需外部校準即可提供１／４℃的測量精度。信號調整電路將傳感器電路輸出的變化范圍為２Ｖ左右的直流電壓，調整為ＴＴＬ電平，以便與Ａ／Ｄ兼容。由于單片機?。桑峡谟邢蓿趯y溫實時性要求不是太高的情況下，Ａ／Ｄ變換采用８位串行Ａ／Ｄ轉換器ＡＤＣ０８３２，它與單片機的ＩＯ連線只有三根，減少了ＩＯ占用量。四個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端都接到單片機Ｐ１口，控制端由Ｐ２［３．．０］控制，利用定時器中斷觸發(fā)，每次只接通一個數(shù)碼管，顯示相應數(shù)值，利用分時顯示在數(shù)碼管上顯示溫度值。當溫度變化時，Ａ／Ｄ采集調整電路輸出電壓值，送單片機，單片機根據(jù)采樣值判定溫度，通過數(shù)碼管顯示溫度值并回饋上位機。

　　原理圖如圖２　所示。

　　軟件設計

　　下位機軟件設計

　　下位機的軟件是在Ｋｅｉｌ?。酰郑椋螅椋恚欤蚕?，使用Ｃ語言開發(fā)的。下位機的軟件設計中，主要解決三個問題：一是ＡＤＣ０８３２的控制位寫入。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，在時鐘上升沿寫入配置字即可，但按此方法始終不能正確讀出數(shù)據(jù)，后來經過試驗，在寫入配置字的每一位后，還要在負跳變前把數(shù)據(jù)翻轉，配置字才能正確寫入。二是數(shù)碼管上溫度值的顯示。最后采用中斷方案，每隔１０ｍｓ進入中斷程序，循環(huán)選通各個數(shù)碼管，分時顯示對應的數(shù)字值。三是Ａ／Ｄ采樣數(shù)據(jù)的處理，為避免因干擾而造成Ａ／Ｄ采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續(xù)采樣七次，去掉最高值和最低值，其余五次取平均值來獲得Ａ／Ｄ采樣的數(shù)字量。

　　經測量，０Ｖ對應的溫度為０℃，，５Ｖ時對應的溫度為１　２５℃，則比例因子Ｋ＝０．０４Ｖ／℃。每個數(shù)字量對應的電壓值為２０ｍＶ，則數(shù)字量變化與溫度變化比例關系Ｋ１＝２數(shù)字量／℃，利用此比例因子就可由數(shù)字量得到當前溫度。

　　上位機軟件設計

　　本系統(tǒng)為主從式監(jiān)控系統(tǒng)，主機（即上位機）在向下位機發(fā)預置溫度啟動下位機后，輪詢不同地址碼的從機，獲得溫度值，存入數(shù)據(jù)庫并在主界面顯示。從機接收到主機預置溫度后啟動，每次主機詢問溫度值時回送測量溫度值。如出現(xiàn)掉電后重啟的情況，從機向主機發(fā)出重置請求，要求主機重發(fā)預置溫度。上位機的通信軟件開發(fā)采用Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ５．Ｏ，它的集成ＲＡＤ開發(fā)環(huán)境可以幫助開發(fā)人員快速高效地開發(fā)出高質量的程序。在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中對串口進行編程可以使用Ｍｓｃｏｍｍ控件加快開發(fā)進度。它是一個ＡｃｔｉｖｅＸ組件，不在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ。安裝中提供，可以在裝有ＶＣ６．０的ＰＣ　上獲得，拷貝到本機上注冊后，在Ｃ＋＋　Ｂ?。酢。椋臁。洹。濉。蛳?，先是在菜單的Ｃｏｍｐｏｔｌｅｎｔ選項中導入ＡｃｔｉｖｅＸ控件，再Ｉｎｓｔａｌｌ?。校幔悖耄幔纾澹蠛缶涂梢栽冢粒悖簦椋觯澹孛姘逯锌吹讲⑹褂盟恕?/p>

　　數(shù)據(jù)庫采用微軟的ＡＣＣ：ＥＳＳ數(shù)據(jù)庫，使用ＡＤＯ數(shù)據(jù)引擎；Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ在ＡＤＯ面板中提供了完備的ＡＤＯ開發(fā)控件，實現(xiàn)了通過鼠標操作就能實現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫、編輯數(shù)據(jù)內容、顯示數(shù)據(jù)等一些基本數(shù)據(jù)庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線便于操作員管理。[!--empirenews.page--]總線通信格式設置

　　上位機和下位機之間的串行通信采用ＲＳ一４８５標準接口，ＰＣ端接一個ＲＳ２３２／　　　　?。矗福档霓D換器，就實現(xiàn)ＲＳ４８５總線控制了。在通信頻率１２００ｂｐｓ　的情況下，有效通信距離為１．２ｋｍ。由于有多個從設備并聯(lián)在４８５總線上，所以要制定嚴格的通信格式，表１是用到的通信協(xié)議。

　　結語

　　筆者設計了一種基于ＲＳ４８５總線的溫控系統(tǒng)。此系統(tǒng)投資少，架設簡單、可擴展性強，大大減輕管理者的負擔，實現(xiàn)了工業(yè)控制自動化。目前在多個場所得到了具體應用，其測溫精度在０．５℃以內，系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，無通信故障。

引言

　?。遥右唬矗福悼偩€由于平衡差分傳輸?shù)奶匦裕哂锌垢蓴_能力強，傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現(xiàn)多站遠距離通信，組網方便，成本低廉，因此在工業(yè)控制領域得到廣泛應用。

　　本系統(tǒng)是基于ＲＳ一４８５總線的遠程多路溫度監(jiān)測、控制系統(tǒng)，上位機是一臺ＰＣ，下位機是多個以ＡＴ９８Ｓ５１為控制器的溫度傳感器。工作時，下位機會向上位機發(fā)出本機地址和詢問預置溫度的請求。上位機獲得下位機地址后，就知道那些地址的下位機已啟動并根據(jù)請求把相應的預置溫度發(fā)給下位機，此后每隔一定時間逐一詢問已啟動的下位機測定的溫度信息，獲得溫度值后存入數(shù)據(jù)庫并實時顯示當前各路傳感器測定溫度，當溫度過高時，會告警提示。下位機獲得預置溫度后，開始對傳感器的數(shù)據(jù)采集和溫度測量。當溫度低于預置溫度時，接通加熱器加熱溫度，溫度過高時，接通制冷設備加速降溫，同時把溫度信息傳回上位機，溫度超出范圍后，還會以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數(shù)據(jù)庫，并實時顯示，系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)庫管理、溫度變化曲線繪制等功能。當下位機掉電重啟后，會向上位機重新問詢獲得掉電前的預置溫度。溫度監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器電路、信號調整電路、Ａ／Ｄ采樣電路、控制電路、監(jiān)控主機組成?；竟ぷ髟硎牵簜鞲衅麟娐穼⒏惺艿降臏囟刃盘栆噪妷盒问捷敵觯浾{整電路變換到ＴＴＬ電平、由Ａ／Ｄ采樣后將數(shù)字量送給單片機控制電路，單片機根據(jù)開機時上位機傳來的設定溫度判斷作何種控制，如溫度未到設定溫度，經驅動控制繼電器閉合接通加熱器，如溫度過高則接通制冷設備加速降溫。單片機還將所測溫度在數(shù)碼管上顯示，并在上位機詢問時把測量溫度送到上位機入庫。系統(tǒng)框圖如下圖１。

　　系統(tǒng)實現(xiàn)

　　硬件設計

　　ＡＴ８９Ｓ５１是ＡＴＭＥＬ公司的可在線編程的單片機，它價格低廉，且支持在系統(tǒng)編程（ＩＳＰ），方便設計者開發(fā)調試。溫度傳感器選用ＮＳ公司生產的Ｌ＝　Ｍ３５，它具有很高的工作精度和較好的線性工作范圍，測溫范圍為一５５℃～＋１５０℃，完全適用于一般的測溫場合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比，無需外部校準即可提供１／４℃的測量精度。信號調整電路將傳感器電路輸出的變化范圍為２Ｖ左右的直流電壓，調整為ＴＴＬ電平，以便與Ａ／Ｄ兼容。由于單片機?。桑峡谟邢?，在對測溫實時性要求不是太高的情況下，Ａ／Ｄ變換采用８位串行Ａ／Ｄ轉換器ＡＤＣ０８３２，它與單片機的ＩＯ連線只有三根，減少了ＩＯ占用量。四個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端都接到單片機Ｐ１口，控制端由Ｐ２［３．．０］控制，利用定時器中斷觸發(fā)，每次只接通一個數(shù)碼管，顯示相應數(shù)值，利用分時顯示在數(shù)碼管上顯示溫度值。當溫度變化時，Ａ／Ｄ采集調整電路輸出電壓值，送單片機，單片機根據(jù)采樣值判定溫度，通過數(shù)碼管顯示溫度值并回饋上位機。

　　原理圖如圖２　所示。

　　軟件設計

　　下位機軟件設計

　　下位機的軟件是在Ｋｅｉｌ?。酰郑椋螅椋恚欤蚕?，使用Ｃ語言開發(fā)的。下位機的軟件設計中，主要解決三個問題：一是ＡＤＣ０８３２的控制位寫入。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，在時鐘上升沿寫入配置字即可，但按此方法始終不能正確讀出數(shù)據(jù)，后來經過試驗，在寫入配置字的每一位后，還要在負跳變前把數(shù)據(jù)翻轉，配置字才能正確寫入。二是數(shù)碼管上溫度值的顯示。最后采用中斷方案，每隔１０ｍｓ進入中斷程序，循環(huán)選通各個數(shù)碼管，分時顯示對應的數(shù)字值。三是Ａ／Ｄ采樣數(shù)據(jù)的處理，為避免因干擾而造成Ａ／Ｄ采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續(xù)采樣七次，去掉最高值和最低值，其余五次取平均值來獲得Ａ／Ｄ采樣的數(shù)字量。

　　經測量，０Ｖ對應的溫度為０℃，，５Ｖ時對應的溫度為１?。玻怠?，則比例因子Ｋ＝０．０４Ｖ／℃。每個數(shù)字量對應的電壓值為２０ｍＶ，則數(shù)字量變化與溫度變化比例關系Ｋ１＝２數(shù)字量／℃，利用此比例因子就可由數(shù)字量得到當前溫度。

　　上位機軟件設計

　　本系統(tǒng)為主從式監(jiān)控系統(tǒng)，主機（即上位機）在向下位機發(fā)預置溫度啟動下位機后，輪詢不同地址碼的從機，獲得溫度值，存入數(shù)據(jù)庫并在主界面顯示。從機接收到主機預置溫度后啟動，每次主機詢問溫度值時回送測量溫度值。如出現(xiàn)掉電后重啟的情況，從機向主機發(fā)出重置請求，要求主機重發(fā)預置溫度。上位機的通信軟件開發(fā)采用Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ５．Ｏ，它的集成ＲＡＤ開發(fā)環(huán)境可以幫助開發(fā)人員快速高效地開發(fā)出高質量的程序。在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中對串口進行編程可以使用Ｍｓｃｏｍｍ控件加快開發(fā)進度。它是一個ＡｃｔｉｖｅＸ組件，不在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ。安裝中提供，可以在裝有ＶＣ６．０的ＰＣ　上獲得，拷貝到本機上注冊后，在Ｃ＋＋?。隆。酢。椋臁。洹。濉。蛳?，先是在菜單的Ｃｏｍｐｏｔｌｅｎｔ選項中導入ＡｃｔｉｖｅＸ控件，再Ｉｎｓｔａｌｌ　Ｐａｃｋａｇｅｓ后就可以在ＡｃｔｉｖｅＸ面板中看到并使用它了。

　　數(shù)據(jù)庫采用微軟的ＡＣＣ：ＥＳＳ數(shù)據(jù)庫，使用ＡＤＯ數(shù)據(jù)引擎；Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ在ＡＤＯ面板中提供了完備的ＡＤＯ開發(fā)控件，實現(xiàn)了通過鼠標操作就能實現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫、編輯數(shù)據(jù)內容、顯示數(shù)據(jù)等一些基本數(shù)據(jù)庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線便于操作員管理。

　　總線通信格式設置

　　上位機和下位機之間的串行通信采用ＲＳ一４８５標準接口，ＰＣ端接一個ＲＳ２３２／　　　　?。矗福档霓D換器，就實現(xiàn)ＲＳ４８５總線控制了。在通信頻率１２００ｂｐｓ　的情況下，有效通信距離為１．２ｋｍ。由于有多個從設備并聯(lián)在４８５總線上，所以要制定嚴格的通信格式，表１是用到的通信協(xié)議。

　　結語

　　筆者設計了一種基于ＲＳ４８５總線的溫控系統(tǒng)。此系統(tǒng)投資少，架設簡單、可擴展性強，大大減輕管理者的負擔，實現(xiàn)了工業(yè)控制自動化。目前在多個場所得到了具體應用，其測溫精度在０．５℃以內，系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，無通信故障。