远程温度检测系统的设计

2014-01-14

武夷学院学报 2014年2期

（闽南理工学院电子与电气工程系，福建石狮 362700）

引言

远程温度检测系统在日常的工业生产中应用广泛。由于RS-485总线采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力[1]，适用于远程的数据通信系统。在20Kbps的传输速率以下，RS-485总线最大的传输距离可达到1219米[2,3]。RS-485总线只需要一对双绞线就可以构成多点采集系统[4]，具有布线简单，成本低廉等优点，因此，本文采用RS-485总线进行远程通讯，将检测到的温度通过RS-485总线传输至主机，进行温度的显示。

1 系统总体设计方案

该远程温度检测系统主要由前端温度检测模块、RS-485收发模块和主机接收通讯模块三大部分组成，系统的总体框图如图1所示。该系统主要实现的功能是将前端检测到的温度通过RS-485总线进行远距离的发送，由另一单片机接收后，再通过串口传输至PC机进行温度的显示。

图1 远程温度检测系统总体框图Fig1 Block diagram of the remote temperature detecting system

2 前端温度检测模块设计

前端温度检测模块负责温度的检测，主要由温度检测模块、液晶显示模块、单片机控制模块等部分组成。温度检测模块采用单总线温度传感器DS18B20将检测到的温度发送至AT89C51单片机，并在液晶LCD1602上显示检测到的温度，其总体硬件电路原理图如图2(a)所示。

图2 远程温度检测系统硬件电路图（a）前端温度检测模块（b）RS－485 收发模块（c）主机接收通讯模块Fig2 Schematic of the remote temperature detecting system(a)Front－end temperature detecting module(b)RS－485 transceiver module(c)PCreceiving communication module

2.1 温度检测模块

温度检测模块采用DS18B20作为温度传感器。DS18B20采用“1－wire总线”的接口，其温度检测的范围为－55℃～+125℃，精度可达 0.0625℃，最大的转换时间为200ms[5]。本系统中将DS18B20的数据接口DQ接到51单片机的P3.7，并给I/O线提供一个上拉电阻。

2.2 液晶显示模块

液晶显示模块采用LCD1602，显示DS18B20检测到的温度，为了充分发挥DS18B20的精度，显示四位小数。

2.3 单片机控制模块

单片机控制模块负责将DS18B20检测到的温度在LCD1602上进行显示，并且将数据发送至RS－485总线。

由于单片机在读取DS18B20的温度数据时，每次读取两个字节，先读低8位，再读高8位，每一位代表不同的温度加权值。因此需要由单片机控制模块进行数据处理，得到温度的实际数值后，再分别将百位、十位、个位、小数点后四位的数值分离出来，在LCD1602上进行显示。

前端温度检测模块的软件流程图如图3所示。系统上电复位后，对串口进行初始化，设置其工作方式以及波特率，然后对DS18B20进行读写操作，将读取到的数值转换为对应的温度值，通过串口发送至RS－485总线。

图3 前端温度检测程序流程图Fig3 Program flow of front－end temperature detection

3 RS-485收发模块

常见的RS－485总线驱动芯片有TI公司的SN系列，美信公司的MAX系列，为了该温度检测系统具有更好的可扩展性，本设计选择MAX487作为RS－485收发器。MAX487可驱动128个节点，其电路图如图2（b）所示。MAX487的发送和接收功能转换是由芯片的端控制的：当时，MAX487处于发送状态；当时，MAX487处于接收状态。

在本系统中，由前端温度检测模块采集并处理后的温度数据经过一片MAX487驱动后发送到485总线，经远程传输后，由另一片MAX487接收，传输给与上位机进行通讯的单片机。

4 主机接收通讯模块

4.1 温度数据模块

经过处理的温度数据由RS－485总线远程传输后，采用另外一片AT89C51进行温度数据的接收。单片机将接收到的温度数据通过串口传送到上位机（PC机）。在单片机与PC机之间需要接入一个MAX232，以实现TTL-RS232的电平转换。温度数据接收模块的电路图如图2（c）所示，串口的波特率设置为9600，程序流程图如图4所示。