多路高精度溫度采集裝置

引言在許多傳統(tǒng)行業(yè)中，多路高精度溫度采集系統(tǒng)是不可或缺的。電廠、石化行業(yè)、鋼鐵廠以及制藥廠等企業(yè)生產(chǎn)過程中，普遍存在著需要進(jìn)行溫度測量的場合。利用單片機(jī)和溫度傳感器組成的專用測溫系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉的優(yōu)勢，而得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，當(dāng)電力機(jī)房中的控制柜、電纜、電容、開關(guān)過載或損壞時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，往往會(huì)導(dǎo)致事故或火災(zāi)的發(fā)生。系統(tǒng)方案本裝置結(jié)構(gòu)(圖1)可以大致分為：采集部分、供電電源系統(tǒng)、通訊部分。采集部分是通過主核心芯片AT89S52單片機(jī)和DALLAS最新單線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20組建采集網(wǎng)絡(luò)完成。DS18B20采集溫度測量范圍為-55~+125℃，多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)，通過兩種通訊方式實(shí)時(shí)上傳溫度數(shù)據(jù)，這兩種通訊方式為 RS485通訊和RS422通訊，在RS485通訊中筆者用ADI公司的串行RS485接口芯片ADM2483，它是雙電源供電，輸出和輸入完全隔離的RS485芯片，可以加強(qiáng)對(duì)有效信號(hào)的接受與發(fā)送，增加了遠(yuǎn)距離通訊的可靠性。而RS422通訊實(shí)現(xiàn)了全雙工的通訊機(jī)制，在另一端采用光耦隔離的方式，將電源和信號(hào)隔離，增加了信息傳輸?shù)恼_率和抗干擾性，保證了信息的完整性。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采集電路原文位置　　以AT89S52單片機(jī)為核心，外置看門狗X5045和一片11.0592MHz晶振構(gòu)成最小單片機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)用AT89S52單片機(jī)的I/O口雙向傳輸數(shù)據(jù)的功能，P3.4與DS18B20一線總線連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)DS18B20進(jìn)行讀取和寫入操作，在總線上加入一個(gè)上拉電阻，這個(gè)電阻可以根據(jù)加入網(wǎng)絡(luò)DS18B20的多少和采集距離的長短來改變電阻阻值。利用P3.0和P3.1特殊功能I/O口定義，做為通訊的收發(fā)器。P2.0應(yīng)用AMD2483的使能控制引腳。在此應(yīng)用JTAG標(biāo)準(zhǔn)仿真接口設(shè)計(jì)，通過JTAG接口將程序下載到AT89S52芯片中。實(shí)現(xiàn)操作功能。采集電路如圖2所示。電源原文位置　　在進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不可缺少的就是電源的穩(wěn)定性和可靠性，AMS1117-5.0具有限流和過熱自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)功能，其內(nèi)置的帶隙基準(zhǔn)可以保證輸出電壓的誤差精度。在輸出端需要連接一個(gè)至少10mf的鉭電解電容用于提高輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。主要為單片機(jī)及周圍電路供電。B0505S-W5是金升陽公司的一款專門針對(duì)線路板上分布式電源系統(tǒng)中需要產(chǎn)生一組與輸入電源隔離的電源的應(yīng)用場合而設(shè)計(jì)的，在此為內(nèi)部隔離的ADM2483提供隔離電源和MAX488通訊提供隔離電源。從而使信號(hào)的傳輸更加可靠。電源電路示于圖3。通訊原文位置　　在通訊中分為RS485通訊和RS422通訊。RS485通訊采用的ADM2483是ADI公司的串行RS485接口芯片，采用雙電源供電，輸出和輸入完全隔離的RS485芯片，可以加強(qiáng)對(duì)有效信號(hào)的接收與發(fā)送，增加了遠(yuǎn)距離通訊的可靠性。配合555的定時(shí)器的功能，EA_485在通常情況下處于低電平接收狀態(tài)，當(dāng)TXD_IN有信號(hào)輸出時(shí)使能EA_485變?yōu)楦唠娖?，將?shù)據(jù)發(fā)送出去。當(dāng)發(fā)完這段數(shù)據(jù)時(shí)EA_485自動(dòng)回到低電平接收狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)這段時(shí)間是由R5×C5決定的，能夠確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?RS422通訊上位機(jī)通過A、B端輸入命令，這是RS422接收器端口，Y、Z接收命令，這是RS422的發(fā)送器端口。在RS422的另一端采用光耦隔離的方式，將電源和信號(hào)隔離，增加了信息傳輸?shù)恼_率和抗干擾性，保證了信息的完整性。LED、LED1分別指示信息接收指示和發(fā)送指示。可以直觀的監(jiān)測信息的傳輸過程。通訊電路如圖4所示。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在多路高精度測溫系統(tǒng)中，測溫單元能獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，向上位機(jī)(主機(jī))發(fā)送測量到的溫度數(shù)據(jù)，接收上位機(jī)發(fā)來控制指令，進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，與上位機(jī)通訊的指令采用定長的CDT代碼指令，并有CRC糾錯(cuò)以保證數(shù)據(jù)正確傳輸。軟件流程圖如圖5所示。在多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)中，單總線數(shù)字溫度傳感器(例如DS18B20)因其體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。每一個(gè)數(shù)字溫度傳感器內(nèi)均有唯一的64位序列號(hào)(最低8位是產(chǎn)品代碼，其后48位是器件序列號(hào)，最后8位是前56位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼)，只有獲得該序列號(hào)后才可能對(duì)其進(jìn)行操作，也才能在多傳感器系統(tǒng)中將它們一一識(shí)別。由于傳感器序列號(hào)的最低8位為產(chǎn)品代號(hào)，“需要的位值”可按對(duì)應(yīng)的值給出，關(guān)鍵是其后的48位器件序列號(hào)的識(shí)別。這里采用了“完全二叉樹”的排序思想(圖6)。具體思路：設(shè)在K位首次發(fā)生數(shù)據(jù)位沖突，這時(shí)所有的傳感器分成兩類，即該位為1的傳感器和為0的傳感器?！靶枰奈恢怠苯o1，K位為1的傳感器仍掛接在總線上。若接下來K+M、K+N位發(fā)生數(shù)據(jù)位沖突，“需要的位值”仍分別給1，獲得一個(gè)序列號(hào)。下一個(gè)過程在K、K+M位“需要的位值”仍給1，但在K+N位則給0，獲得另一個(gè)傳感器的序列號(hào)。第三個(gè)過程在K位仍給1，而在K+M位給0，在這條支路上繼續(xù)識(shí)別。K位為1的傳感器的序列號(hào)識(shí)別完后，回到K位時(shí)，“需要的位值”給0，按同樣的方法識(shí)別該支路的傳感器序列號(hào)。按此思路，多個(gè)傳感器的序列號(hào)只需要分別識(shí)別一次。建立關(guān)系表后，編制好程序，系統(tǒng)可投入運(yùn)行。讀取每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度時(shí)，需要用到“符合”ROM命令，該命令要求將關(guān)系表中的序列號(hào)取出送到總線上，只有序列號(hào)與之相符的傳感器才掛接在總線上，可讀取其溫度。綜上所述，用簡單的硬件以及編程方法自動(dòng)建立關(guān)系表，在單總線多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字溫度傳感器的自動(dòng)識(shí)別，大大有利于系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)，減少維護(hù)工作量，并解決了過去維護(hù)工作必須由專業(yè)人員來完成，而不是由運(yùn)行人員來完成的不便。結(jié)語此裝置采用51系列單片機(jī)作為主CPU，成本低，通訊可靠性好，實(shí)時(shí)性高，已經(jīng)完成樣機(jī)試制，通過相關(guān)測試，并投入生產(chǎn)。本產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)監(jiān)測蓄電池周圍八路各點(diǎn)溫度，并上傳給后臺(tái)。運(yùn)行穩(wěn)定，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：1. Dallas Semiconductor Data books2. 孫育才等，新型AT89S52系列單片機(jī)及其應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，20053. 嚴(yán)蔚敏、吳偉民，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，清華大學(xué)出版社，1998作者： 哈爾濱九洲電氣股份有限公司 趙書強(qiáng)