基于单片机和组态王的温度监控系统的设计

李图江

【摘要】为了达到对监控对象的温度进行实时地采集与控制的目的，提出一种基于单片机和组态王的温度监控系统。该温控系统能够实时地将所测得的温度数据上传至计算机中，经过计算机的处理后进行显示及存储。下位机系统采用AT89S52单片机进行数据的实时采样和传送，上位机利用组态王设计完成对现场的动画监控。该温度监控系统具有功能完善、界面友好、便于操作的特点，应用前景良好。

【关键词】单片机；组态王；温度控制

1、引言

由于电子通信行业和计算机技术的飞速发展以及工业生产自动化程度的提升，监控系统在现场生产中应用已十分普遍，其大范围的应用也使生产效率得到了极大的提高。在自动控制中，温度是一项重要的控制参数。单片机因具有低功耗、低成本、结构紧凑且执行效率高等优良性能，已在工业测量与控制中得到广泛的应用。组态王因具备交互界面友好、工作稳定、便于硬件配置等优点而得到推广。从现场实际应用及低功耗、低成本、高效率的角度出发，AT89S52单片机通过ASCII协议与组态王进行直接通信，提出了一套基于单片机与组态王的温控系统。

2、工作原理

温度控制系统框图如图1所示，上位机采用计算机将采集到的温度值进行实时显示，用户能够利用对上位机的相关操作实现对温度报警范围的设定。除了能够对历史数据进行访问以外，还能实现温度数据的打印及备份等功能。下位机系统能够对温度数据进行采集并传送至计算机中，下位机采用AT89S52单片机，AT89S52采用ASCII协议与组态王进行通信。单片机间通过RS-485总线进行相互联接，各个采集器上均设计有能够设置地址信息的拨码盘。通过接口转换器将上位机与下位机进行间接连接并完成总线电平的转换。

3、系统硬件设计

3.1温度传感器选用。由于热电阻、热电偶等传统的温度测量元件所构成的模拟传感器虽然成本较低，却不能满足精度要求，因此需要较为复杂的电路提高测量精度。而数字传感器具有测量精度高、总线实现标准化、功能多样的特点，目前已在工业生产中得到广泛的应用。考虑到监测对象的温度变化区间值和误差及精度要求，选用串行通信方式的单总线数字温度传感器DS18B20，单总线技术的应用使得多点测量更为方便。DS18B20的温度测量范围不低于-550C，不高于1250C，所产生的偏差能够达到0.50C，同时该传感器具备良好的温度显示分辨率。

3.2控制电路。选用AT89S52单片机作为采集器的测温系统主控芯片，该芯片具有功耗较低、性能高的特点，是一种CMOS 8位微控制器，拥有8K字节在系统可编程Flash存储器，为许多嵌入式控制系统提供了有效的解决方案。其标准功能还包括6个中断源，16位定时器/计数器及32位I/O接口线。单片机最小系统的晶振频率约是11.0592MHz，能夠较为准确地计算串口通信时发生器的通信速率初值。

3.3串口通信电路。串口通信电路主要利用MAX485转换芯片把TTL电平转换为RS485总线电平，系统选用RS485和PC实现通信。利用89S52的RXD，TXD端口通过MAX485和上位机连接进行串行通信。RXD与单片机的串行输入端相接以接收上位机通过该转换芯片向单片机传输的数据。TXD是单片机的数据输出端，经MAX485将数据传送至上位机，从而实现单片机和上位机间的串行通信。

3.4报警电路。在采集器上设置由蜂鸣器及LED组成的报警电路，如果所测得的温度值不在设定范围内，则发出声光报警信号。电路采用PNP型三极管进行驱动，在基极接收到低电平信号时，三极管导通从而驱动声光报警电路工作。此外，为增强系统工作的可靠性及稳定性，设置有看门狗复位电路以避免系统陷入死循环。为使测得的温度值进行实时显示，在采集器上还设有数码管显示电路。选用具有串行接口的HD7279数码管驱动芯片驱动64只独立LED或8位共阴极数码管，还能够连接64键的键盘矩阵，从而简化硬件部分的设计。

4、系统软件设计

该温度监控系统的程序设计由主程序、DS18B20温度采集子程序及采集器和上位机通信子程序三部分组成。主程序通过图2所示流程图实现对功能子程序的调用，因为温度的变化过程相对缓慢，为减小处理器的工作负荷，可相隔一定的时间进行温度采集。所测得的温度值既能显示在采集器的显示屏上，也可以上传至上位机中。一旦温度不在设定范围内，处理器会触发报警电路以提醒操作人员注意。CPU对DS18B20温度传感器的操作过程要按照一定的时序完成，访问的顺序为：初始化、ROM命令及RAM命令。每次进行DS18B20的访问都要严格按照该顺序进行操作，否则传感器不会有响应。RS485通信模块的主要作用是实现采集器与上位机组态王的通信。采集器在接收到上位机软件组态王传送的包含有设备地址的数据信息后，将该数据和本机地址进行匹配，如果匹配成功，就会将本机所采集的温度值发送到上位机进行显示。

5、结束语

所设计的基于单片机和组态王的温度监控系统能够实现对监测对象的实时监控，将组态软件的控制的方便性、丰富的画面与单片机的灵活性、结构紧凑进行有机地结合，有效降低了工程费用，实现了直接通信。该系统在实际的生产工作中运行稳定可靠，已取得良好效果。

参考文献

[1]刘教瑜，张兰.组态王在监控系统中的研究与实现[J].工业控制计算机，2008（12）.

[2]马波.自动化组态软件的发展[J].自动化博览，2008（03）.

[3]乔振民.基于组态王模拟温度控制的设计[J].无线互联科技，2013（06）.