【正文】 1前言在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度的測量及控制占據(jù)著極其重要地位。溫度檢測系統(tǒng)在各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,如倉庫的溫度檢測，消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機(jī)械…等設(shè)備溫度過熱檢測等等。在分布式測溫系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬量信號遠(yuǎn)距離傳送至采樣卡進(jìn)行A/ D 轉(zhuǎn)換,而為了獲得較高的測溫精度,就必須采取措施解決由長線傳輸、多點(diǎn)測量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。單線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 的出現(xiàn)妥善解決了上述技術(shù)問題,由于DS18B20其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測量電路變得簡單、可靠。此外，由于Visual Basic在開發(fā)可視化界面上有其獨(dú)特的優(yōu)勢，這種由多個DS18B20與單片機(jī)構(gòu)成的分布式系統(tǒng)和Visual Basic結(jié)合，便能用簡單的方法構(gòu)成一個高效的分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本設(shè)計基于AT89S51的分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)就屬于上述的高效網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它界面操作簡單方便，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量。本系統(tǒng)只要稍加改進(jìn)就可用于生產(chǎn)實際中。Internet是未來發(fā)展趨勢，用HTML語言、SQL Server數(shù)據(jù)庫、ASP語言等相聯(lián)系起來，建成基于Web操作界面，更具有分布性、實時性，遠(yuǎn)程控制、實時的可視化操作界面與生產(chǎn)中相聯(lián)接后，與科幻小說里的坐在家里控制生產(chǎn)線，完全有可能實現(xiàn)，把自動化跟家庭式的上班方式聯(lián)系起來后完全是人類生產(chǎn)歷史的一大進(jìn)步，它的實現(xiàn)，只是時間問題。2基于AT89S51的分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)的功能及其要求 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷地發(fā)展，特別是在其功能和普及性上。在人們的理念中，圖像監(jiān)控系統(tǒng)還是占著主要地位。固然，電視監(jiān)控系統(tǒng)是安全技術(shù)防范體系中的一個重要組成部分，是一種先進(jìn)的、防范能力極強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。它可以通過遙控攝像機(jī)及其輔助設(shè)備（鏡頭、云臺等）直接觀看被監(jiān)視場所的一切情況；可以把被監(jiān)視場所的圖像內(nèi)容、聲音內(nèi)容同時傳送到監(jiān)控中心，使被監(jiān)視場所的情況一目了然。特別是近幾年來，多媒體技術(shù)的發(fā)展以及計算機(jī)圖像文件處理技術(shù)的發(fā)展，使電視監(jiān)控系統(tǒng)在實現(xiàn)自動跟蹤、實時處理等方面更有了長足發(fā)展，從而使電視監(jiān)控系統(tǒng)在整個安全技術(shù)防范體系中具有舉足輕重的地位。同時電視監(jiān)控系統(tǒng)還可以把被監(jiān)視場所的圖像及聲音全部或部分地記錄下來，這樣就為日后對某些事件的處理提供了方便條件和重要依據(jù)?？梢哉f，電視監(jiān)控系統(tǒng)已成為安全技術(shù)防范體系中不可或缺的重要組成部分。另外，還有一個領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)也是不容忽視的，那就是工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，它是工業(yè)自動化發(fā)展的必然結(jié)果。這種監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用計算機(jī)作為上位機(jī)，利用其強(qiáng)大功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析；而將單片機(jī)、PLC作為下位機(jī)，利用它們功能強(qiáng)、抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)，讓它們進(jìn)作數(shù)據(jù)采集和實現(xiàn)控制。而且這種監(jiān)控系統(tǒng)很容易組裝計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，這就給企業(yè)的分布式監(jiān)控帶來了許多方便，非常有利于工業(yè)自動化的發(fā)展。分布式監(jiān)控系統(tǒng)已在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，許多企業(yè)對于中小規(guī)模的設(shè)備，如中小型熱電廠和水電站，出于硬件軟件投資利潤率和性能價格比的考慮，通常都會采用分布式監(jiān)控系統(tǒng)來管理這些設(shè)備，同時，由于許多工控系統(tǒng)已經(jīng)模塊化，這對企業(yè)自行開發(fā)或改進(jìn)適合企業(yè)本身使用的監(jiān)控系統(tǒng)有比較大的空間。其次,分布式監(jiān)控系統(tǒng)以微機(jī)為基礎(chǔ)，用數(shù)據(jù)通信將微機(jī)連在一起實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而可以對工業(yè)過程進(jìn)行集中監(jiān)視管理和分散控制，使得管理更加方便，這對企業(yè)節(jié)約成本是很有好處的。另外，分布式監(jiān)控系統(tǒng)一般都有系統(tǒng)自診斷功能和故障自處理功能，這就為系統(tǒng)的維護(hù)提供了許多方便之處，同時，由于許多分布式監(jiān)控系統(tǒng)都具有掉電保持能力，使得生產(chǎn)工序不會因為掉電而紊亂。可見，分布式監(jiān)控系統(tǒng)比較智能化的系統(tǒng)，它不但可以使雜亂的工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)統(tǒng)籌管理，而且非常有利于降低生產(chǎn)成本，在工業(yè)控制上很有發(fā)展前景。所謂監(jiān)控系統(tǒng)，就是既要能監(jiān)視被監(jiān)控對象的工作情況，又可以遠(yuǎn)距離控制被監(jiān)控對象，這是監(jiān)控系統(tǒng)所要具備的最基本的功能。另外，還是根據(jù)對象和技術(shù)要求來增加一些必要的功能，以滿足實際要求。本基于AT89S51的分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：實時數(shù)據(jù)顯示、瞬時曲線描繪、數(shù)據(jù)記錄保存、控制操作、控制設(shè)置、語音報警、通信與網(wǎng)絡(luò)。（1）顯示功能本監(jiān)控系統(tǒng)以數(shù)值和曲線兩種方式形象顯示被監(jiān)控對象的溫度情況。數(shù)值顯示的是被監(jiān)控對象的當(dāng)前溫度,曲線是由遞推方式描繪的動態(tài)曲線，從曲線的走勢可明顯看出被監(jiān)控對象的溫度變化趨勢，為進(jìn)一步采取操作控制提供了依據(jù)。同時，各設(shè)備的工作狀態(tài)在顯示界面中均有顯示，畫面刷新速度小于1秒。 （2）數(shù)據(jù)歸檔 在顯示界面所顯示的溫度數(shù)值，均由系統(tǒng)自動保存在數(shù)據(jù)庫中，供以后查詢或?qū)Ρ槐O(jiān)控對象作更深入的分析之用。（3）控制功能這部分包括兩方面的內(nèi)容：控制操作和控制設(shè)置。本監(jiān)控系統(tǒng)先要進(jìn)行控制設(shè)置，再執(zhí)行控制操作，控制設(shè)置采用下拉列表可以設(shè)置控制的檔位，而控制操作是采用簡單的點(diǎn)擊命令按鈕。（4）報警功能 本監(jiān)控系統(tǒng)在上位機(jī)和下位機(jī)上均設(shè)置有報警功能，上位機(jī)中，采用語音報警，同時還有相關(guān)提示；下位機(jī)則采用報警燈提示。這些報警功能均是系統(tǒng)自動進(jìn)行的，當(dāng)報警情況發(fā)生時，如被監(jiān)控對象的溫度過高或過低時，系統(tǒng)可快速檢測并通過畫面狀態(tài)變化提示，同時發(fā)出聲音報警提醒監(jiān)控人員注意，以作出相應(yīng)的操作處理。（5）通信與網(wǎng)絡(luò)本監(jiān)控系統(tǒng)的單片機(jī)與電腦通信網(wǎng)絡(luò)采用RS232總線標(biāo)準(zhǔn)。DS18B20采用嚴(yán)格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、讀/寫0和讀/寫1。所有這些信號，除了應(yīng)答脈沖以外，都由主機(jī)發(fā)出同步信號。當(dāng)總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá)100M，當(dāng)采用長線驅(qū)動電路通訊距離可進(jìn)一步加長。（1）穩(wěn)定性：監(jiān)控系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定地工作；（2）準(zhǔn)確性：盡可能減少誤碼，使數(shù)據(jù)讀取和控制操作準(zhǔn)確無誤；（3）實時性：監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)讀取和控制操作速度要滿足工業(yè)控制的要求；（4）可擴(kuò)展性：只要少許工作便可增強(qiáng)或改變系統(tǒng)功能。3基于AT89S51的分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案論證 方案論證方案一 模擬型傳感器大致可分為熱電偶（E、K、S）、熱電阻（PT100，CU50）、集成芯片（LM13LM3TMP35）等，它們輸出都是模擬信號，都必須進(jìn)行模擬緩沖、放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后才能被單片機(jī)檢測，這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測量點(diǎn)多、信號傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。而且此設(shè)計軟件要用到復(fù)雜的算法，硬件電路復(fù)雜，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。 方案一原理框圖方案二 數(shù)字型傳感器與微控制器的接口大致可分為SPI、I2C及單總線，其中基于單總線接口的數(shù)字型溫度傳感器與單片機(jī)連接時接口電路最簡單而且易于擴(kuò)展。在電路實現(xiàn)時不需復(fù)雜的模擬硬件電路，采用全數(shù)字化信號傳輸，抗干擾能力強(qiáng)。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。 方案二原理框圖方案一：此方案采用PC機(jī)實現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是PC機(jī)輸出信號不能直接與DS18B20通信。需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場合，PC機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩！方案二：此方案采用AT89S51單片機(jī)實現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)對多DS18B20控制工作，由一臺上位機(jī)（PC微型計算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng),實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外AT89S51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。綜上所述,溫度檢測以及主控部分都采用第二方案。系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS232串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實時顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。 本系統(tǒng)實際采用電路方案框圖本系統(tǒng)上位機(jī)采用VB編程，各個操作都是事件驅(qū)動。 上位機(jī)程序結(jié)構(gòu)框圖 可知，上位機(jī)程序是以通信程序為核心的。 上位機(jī)通信程序流程圖 基于AT89S51的分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)方案（1）根據(jù)模塊化的編程方法，把下位機(jī)的功能進(jìn)行分塊處理，一種功能用一個子程序來實現(xiàn)。（2）如同上位機(jī)，下位機(jī)的通信部分也很關(guān)鍵。 下位機(jī)程序結(jié)構(gòu)框圖 下位機(jī)通信程序流程圖4基于AT89S51的分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 主要芯片介紹芯片是電子制作的根本，本基于AT89S51的分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)所用到的主要芯片有：AT89S51單片機(jī)、DS18BMAX231602液晶顯示模塊等，下面就將這些芯片作一簡要的介紹。 AT89S51單片機(jī)為實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、與上位機(jī)的通信及對外設(shè)的控制，本系統(tǒng)的監(jiān)控終端以AT89S51單片機(jī)為內(nèi)核。AT89S51有40腳，可以滿足多路控制的要求。AT89S51單片機(jī)含運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲器、4個I/O接口、串行接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖中SP是堆棧指針寄存器，棧區(qū)占用了片內(nèi)RAM的部分單元；PSW是程序狀態(tài)字寄存器，簡稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計算機(jī)的標(biāo)志寄存器，DPTR是數(shù)據(jù)指針寄存器，在訪問片外ROM、片外RAM、甚至擴(kuò)展I/O接口時特別有用，B寄存器也稱乘法寄存器，它與累加器A協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作[1]。 AT89S51單片機(jī)的引腳圖AT89S51單片機(jī)的外部引腳說明如下：VCC：電源供電端。GND：接地端。 P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。它可以被定義為數(shù)據(jù)/低8位地址。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P2口緩沖器能接收輸出4TTL門電流， P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高8位。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，可接收輸出4TTL門電流。另外，P3口還具有第二功能。P3口與其第二功能的對應(yīng)如下： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷0） （外部中斷1） T0（計時器0外部輸入） T1（計時器1外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。 /VPP：當(dāng)保持低電平時，則在此期間選用外部程序存儲器；當(dāng)端保持高電平時，則在此期間選用內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。