【正文】 溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測系統(tǒng)。而 DS18B20 是數(shù)字溫度傳感器，并且采用單總線技術(shù)，使該傳感器不但可以直接與單片機(jī) I/O 口相連，并且只需要一個(gè) I/O 就可以連接多個(gè)溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測量與控制。這種傳感器輸出線性好、精度高，而且可以把傳感器驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路等，與溫度傳感器部分集成在同一硅片上，體積小，使用方便，應(yīng)用比較廣泛的有 AD590等。熱電阻傳感器是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。 RS485總線的接線方法如圖 。減緩信號(hào)的前后沿斜率有利于降低對(duì)于總線匹配引出線長度的要求和改善信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)還可使信號(hào)中的高頻成分降低，減少電磁輻射。 是否對(duì) RS485 總線進(jìn)行終端匹配取決于數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及信號(hào)轉(zhuǎn)換速率。而 RS485接口在總線上是允許連接多達(dá) 128個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的 RS485接口方便的建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了資源。 (2) 傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為 20kbit/s。主控機(jī)與各從機(jī)之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到了系統(tǒng)整體統(tǒng)一和諧的控制效果。 － 4－ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)方案二 采用 PC 機(jī)作為主控機(jī)，單片機(jī)構(gòu)成信號(hào)采集單元。通信距離 1km以上時(shí)，應(yīng)考慮通過增加中繼模塊或降低速率的方法提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。設(shè)計(jì)溫度采集系統(tǒng)充分發(fā)揮了 AT89C51 單片機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，大大降低了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，該系統(tǒng)具有溫控準(zhǔn)確、操控界面良好、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如果對(duì) 50 路溫度信號(hào)進(jìn)行檢測，就需要 100根導(dǎo)線接到檢測端口，然后還要經(jīng)過電橋電路、信號(hào)放大、通道選擇、A/D轉(zhuǎn)換等，才能將溫度信號(hào)提供給計(jì)算機(jī)處理。其次，總線兼容型數(shù)據(jù)采集插件的數(shù)量正在增大，與個(gè)人計(jì)算機(jī)兼容的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)量也在增加。此種產(chǎn)品測溫范圍大都在 200℃ ~800℃ 之間，分辨率 12 位，最小分辨溫度在 ~之間。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多、能靈活的組裝成各種智能控 制裝置，由它構(gòu)成的智能儀表解決了長期以來測量儀表中的誤差的修正、線性處理等問題。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說是幾乎 80%的工業(yè)部門都不得不考慮 著溫度的因素。使用 RS485總線，一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、能進(jìn)行長距離通信的優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)中的溫度采集系統(tǒng)充分發(fā)揮了 AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，大大降低了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，該系統(tǒng)具有溫控準(zhǔn)確、操控界面良好、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對(duì)是否掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。除了上述應(yīng)用領(lǐng)域外，汽車、電子行業(yè)在外國也是單片機(jī)應(yīng)用很廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于單點(diǎn)測溫儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測量精度高，測量范圍大而得到了普遍的應(yīng)用。首先，分布式控制應(yīng)用場合中的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正在發(fā)展。每一個(gè)傳輸線至少有兩根導(dǎo)線，帶補(bǔ)償接法需要三根導(dǎo)線。該系統(tǒng)有：單片機(jī)、顯示器、鍵盤、串口通訊、液晶顯示等以及整個(gè)系統(tǒng)中所需要的電源組成的一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)于超過此限的溫度數(shù)據(jù)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。通信距離 1km 以內(nèi)，從通信效率、節(jié)點(diǎn)數(shù)、通信距離等綜合考慮選用 4800b/s最佳。 設(shè)計(jì)方案一 采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡單易懂，操作簡單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測量誤差大。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令發(fā)送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集， － 5－ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 收集測量數(shù)據(jù)，并對(duì)測量結(jié)果（包括歷史數(shù)據(jù)）進(jìn)行整理、顯示和打印。 圖 從機(jī)部分的框圖 － 6－ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 RS485接口標(biāo)準(zhǔn) 接口標(biāo)準(zhǔn)的選擇 由于 RS232C 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)時(shí)間較早，難免有不足之處，主要有以下的四點(diǎn)： (1) 接口的信號(hào)電平值比較高，容易損壞接口電路的芯片，而且與 TTL電平不兼容，因此需要使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與 TTL電路連接。 (4) RS485接口的最大傳輸距離的標(biāo)準(zhǔn)值是 (4000ft)，實(shí)際中可以達(dá)到3000m，另外 RS232C 接口在總線上只能允許連接 1個(gè)收發(fā)器，即只有單站能力。例如當(dāng)輸入電阻增加至 48kΩ以上 (1/4UL)，節(jié)點(diǎn)數(shù)就可增加至 128個(gè)，當(dāng)輸入電阻為 150kΩ，節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可增加至 400個(gè) [3]。 以 SP483為例，對(duì)應(yīng)于 250ns的上升 /下降時(shí)間，總線允許的最大引出線長度約為 5米。RS485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 VOS≤3V，但 VGPD 可能會(huì)有很大幅度 (十幾伏甚至數(shù)十伏 )，并可能伴有強(qiáng)干擾信號(hào)致使接收器共模輸入 VCM超出正常圍，在信號(hào)線上產(chǎn)生干擾電流輕則影響正常通信，重則損壞設(shè)備。 方案二：熱電阻傳感器 熱電阻傳感器的原理是將溫 度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。 方案三：半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器 半導(dǎo)體 IC 溫度傳感器是利用半導(dǎo)體 PN 結(jié)的電流、電壓與溫 度變換關(guān)系來測溫的一種感溫元件?！? － 11－ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 供電電壓 輸出信號(hào)類型 +4V~+30V 模擬信號(hào) +13V~+36V 模擬信號(hào) +~+ 數(shù)字信號(hào) PT100與 AD590都不能與單片機(jī)的 I/O 口直接相連，需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路。現(xiàn)場溫度范圍以 “一線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，大大提 高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如設(shè)備控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。通過便箋存儲(chǔ)器，所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫 [4]。這種脈動(dòng)直流不能直接用來給集成電路供電的，而要通過整流電路將交流電變成脈動(dòng) 的直流電壓。電容器的容量越大，負(fù)載電阻值越大，充電和放電所需要的時(shí)間越長。此時(shí) D D2 所承受的最大反向電壓 均為的 V2 最大值。所以本系統(tǒng)是采用 7812 與 7805 兩個(gè)穩(wěn)壓管構(gòu)成的 [10]。 (3) 負(fù)載直流電壓隨負(fù)載直流電流增加二減少。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定 [6]。 在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意對(duì) LM7805的保護(hù)： (1) LM7805輸入端與地應(yīng)跨接 220~1000μF電解電容； (2) LM7805輸入端與輸出端反接 1N4007二極管； (3) LM7805輸出端與地應(yīng)跨接 470~1000μF電解電容和 104pF獨(dú)石電容并反接1N4007二極管； － 15－ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） (4) 輸入電壓以 8~10V 為佳，最大允許范圍為 ~24V。 器件從單線的通信線取得其電源，在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中；在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)，斷開此電源，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳?(電容 )電源為止。一線總線獨(dú)特而經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可以輕松的組件傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量引入全新的概念。數(shù)字溫度傳感器，更因適合與各種微處理器的 I/O 接口相連接，組成自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)克服了模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器的弊端，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測溫、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中，數(shù)字溫度傳感器中比較有代表性的有 DS18B20等。從熱電阻的測溫原理可以知道，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來表現(xiàn)的。它是利用兩種不同材料的金屬連接在一起，構(gòu)成的具有熱電效應(yīng)原理的一種感溫元件。 RS485 接口采用差分方式傳輸信號(hào)并不需要對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號(hào)系統(tǒng)，只需檢測兩線之間的電位差就可以了。 － 8－ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 事實(shí)表明，當(dāng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間上升或下降時(shí)間超過電信號(hào)沿總線單向傳輸所需時(shí)間的 3 倍以上時(shí)就可以不加匹配。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)， 做好采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來。 － 7－ 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 針對(duì) RS232C 的不足之處，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)， RS485 就是其中比較常用的一種接口標(biāo)準(zhǔn)，它的主要特點(diǎn)有以下四點(diǎn)： (1) RS485的電氣特性：邏輯 “1”以兩線間電壓差為 +(2~6)V表示；邏輯 “0”以兩線間電壓差 (2~6)V表示。 該方案采用 DS18B20 做為溫度傳感器，對(duì)于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。而且目前 PC 的機(jī)價(jià)格的原因，制造出這樣的系統(tǒng)，不會(huì)得到普遍的應(yīng)用，所以我不準(zhǔn)備采用此種方案。 (3) 功能完善 1 由主控機(jī)分別設(shè)置各從機(jī)的溫度報(bào)警上下限，超過預(yù)定的溫度值時(shí)則發(fā)出一定 ○ 頻率 的聲音來提醒工作人員。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)與所選的 RS485芯片的驅(qū)動(dòng)能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)，如 75LBC184標(biāo)稱最大值為 64點(diǎn)， SP485R標(biāo)稱最大值為 400點(diǎn)。 本課題的研究內(nèi)容與目標(biāo) 本設(shè)計(jì)以 51單片機(jī)為設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)，主要由 AT89C51單片機(jī)、 DS18B20溫度傳感器、 LCD 液晶顯示、數(shù)碼管、遠(yuǎn)程通信、按鍵和報(bào)警電路幾部分組成。但是，隨著分布式控制在各個(gè)領(lǐng)域里越來越普遍的應(yīng)用，數(shù)據(jù)采