【文章內(nèi)容簡介】 使用時將 3腳接地，可起到屏蔽作用。本設(shè)計使用的 AD590 為 TO－ 52，其測溫范圍 是－ 55～＋ 150℃，最大非線性誤差為177。 ℃。 7 7 圖 33 AD590 外形與符號 圖 34 25℃時電流與溫度關(guān)系 AD590 的電流－溫度（ IT） 特性曲線如圖 5 所示，熱力學(xué)溫度值與攝氏溫 度值換算關(guān)系為： ( ) ( ) 27 5t T K??℃ （ 1） 3． 2． 2 AD590 的應(yīng)用 本設(shè)計在溫度巡回檢測中對 AD590 進行應(yīng)用，其硬件圖如圖 35所示。 AD590 是恒流源式模擬集成溫度傳感器，要使其正常工作，其兩端壓差需在 4V－ 30V范圍內(nèi)，右圖中 VCC 電壓在 11V 左右。為了使有效的控制給不同 AD590 送電，采用兩級控制。只有當 8550的基極為低電平時， 8550 就導(dǎo)通，給 AD590 供電，由于 VCC 的電壓為 11V 左右，因此加 2803，在低電平時 2803 阻斷，讓 8550 基極高阻關(guān)斷給 AD590 供電，當 高電平時給 2803 導(dǎo)通， 8550 導(dǎo)通， AD590 就獲得工作電壓。 圖 35 中 R17 為精密電阻，誤差為 ％，溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的公式為： 1 / 5outV A K K T?? ? ? ? （ 2） 如圖 35中 Port7 為 outV 輸出端。 數(shù)據(jù)采集及處理 模塊 系統(tǒng)中下位機要完成溫度的采集、轉(zhuǎn)化及數(shù)據(jù)的處理。以單片機為核心，控制溫度選擇通道模塊把經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換得到的模擬信號提供給 A/D 轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過圖 35 AD590 溫度采集 8 8 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供單片機處理。系統(tǒng)所使用的單片機是ATMEL 公司的 AT89C52 單片機。 AT89C52 簡介 AT89C52 單片機是一種帶 8K 字節(jié)閃速可編程可擦除存儲器的低電壓、高性能 COMS 8 位微控制器。它與 MCS－ 51 系列單片機兼容，有 256 個字節(jié)的 RAM， 4個 I/O 端口共 32 線， 3個 16 位定時 /計數(shù)器，全雙工串口通道， 5個兩級中斷源結(jié)構(gòu)。使用 AT89C52 是一個高性能而有廉價的選擇。圖36 為 AT89C52 管腳圖。 通道選擇的實現(xiàn) 系統(tǒng)的采集在 AD590 把溫度信號轉(zhuǎn)化為電信 圖 36 AT89C52 管腳 號后，就要把各路電信號送給 A/D 轉(zhuǎn)換器，由于是要把 16 路信號逐個送入。本設(shè)計是在只用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器的情況下，通過單片機對通道的選擇，采用巡回檢測的方式，把各個溫度值給 A/D轉(zhuǎn)換器處理轉(zhuǎn)換，最后給單片機計算與處理，這個過程的硬件設(shè)計如圖 37所示。 圖 37 通道選擇電路 圖 38 TPIC6B595 時序圖 本設(shè)計通道選擇電路主要應(yīng)用了移位寄存器 TPIC6B595。 TPIC6B595 是一種單片、高電壓、中等電流的功率 8 位移位寄存器，是專為用戶相對高的負載功率的系統(tǒng)設(shè)計的。該器件包括一個內(nèi)部的輸出電壓箝位電路以防止電感瞬變電壓。 該器件包括一個 8 位的串入、并出移位寄存器，它的輸出反饋一個 8 位 D型寄存器。數(shù)據(jù)分別在移位寄存器時鐘（ SRCK）和寄存器時鐘（ RCK）的上升沿傳輸?shù)揭莆患拇嫫骱痛鎯?寄存器。當移位寄存器清零端（ SRCLK）為高時，存儲寄存器傳輸數(shù)據(jù)到緩沖器。當 SRCLK 為低時，輸入端的移位寄存器被清零。當輸出使能（ G）保持為高時，在輸出緩沖器中所有的數(shù)據(jù)保持低電平并且所有的漏極輸出時關(guān)斷的。當輸出使能（ G）為低時，從存儲寄存器到輸出緩沖器的數(shù)據(jù)時透明的。當輸出緩沖器中的數(shù)據(jù)為低電平時， DNOS 晶體管的輸出端是關(guān)斷的。當數(shù)據(jù)為高時， DNOS 晶體管的輸出端具有吸入電流的能力。串口輸出斷（ SER OUT）9 9 允許將移位寄存器與其它器件的數(shù)據(jù)級聯(lián)系起來傳送。其時序圖入圖 38所示。 由于下位機要實 現(xiàn)對 16 路溫度值的采集，本設(shè)計通道選擇電路主要應(yīng)用了TPIC6B595 的移位功能，并且應(yīng)用串聯(lián)使用功能，主要目的是為了節(jié)省單片機 IO口，使系統(tǒng)資源充分的利用。具體的原理為：如圖 38所示，選擇通道的指令在 、 、 、 及 按照上述時序控制下，由 以串行輸入，指令為 16位數(shù)據(jù)，由于一個 TPIC6B595 只有 8個輸出，需兩個 TPIC6B595 級聯(lián)，U2的串行輸出作為 U1 的串行輸入，以此達到控制 16 路溫度的巡回檢測。 模數(shù)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn) A/ D 轉(zhuǎn)換電路主要是由 AD7705完成的。 AD7705 是應(yīng)用與低頻測量的2/3 通道的模擬前端。該器件可以接受直接來自傳感器的低電平的輸入信號，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。利用∑ △轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)了 16 位無丟失代碼性能。選定的輸入信號被送到一個基于模擬調(diào)制器的增益可編程專用前端。片內(nèi)數(shù)字濾波器處理調(diào)制器的輸出信號。通過片內(nèi)控制寄存器可調(diào)節(jié)濾波器的截止點和輸出更新速率，從而對數(shù)字濾波器的第一個陷波進行編程。 如圖 310 所示， SCLK 為串行時鐘， 施密特邏輯輸入。 CS 片選，低電平 圖 310 AD 轉(zhuǎn)換電路 有效的邏 輯輸入。 DRDY 為邏輯輸出。 DOUT 為串行數(shù)據(jù)輸出端。 DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端。在單片機根據(jù)控制字對 AD7705 進行操作。 顯示報警及操作模塊 顯示報警及操作模塊一般作為系統(tǒng)的人機界面，是系統(tǒng)功能的集中體現(xiàn)。 液晶顯示 顯示部分有兩種選擇，用數(shù)碼管 (LED)或液晶（ LCD），用數(shù)碼管作為顯示溫度的設(shè)備其有成本低的優(yōu)點，然而其電路接線復(fù)雜，顯示溫度點的數(shù)目有限；本設(shè)計為了讓溫度盡可能多的在同一界面顯示，減少接線的復(fù)雜度，采用液晶顯示測量溫度。 本設(shè)計采用的液晶為 ST7920 是臺灣矽創(chuàng)電 子公司生產(chǎn)的中文圖形控制芯片，它是一種內(nèi)置 128 6412 漢字圖形點陣的液晶顯示控制模塊，用于顯示漢 字及圖形。 可顯示 32個漢字，一行 8 個，或者顯示 64個字符。其可以由兩種方式控制，串行控制和并行控制，本設(shè)計為了節(jié)省單片機 I/O 口，采用了串行 控制顯示。 接 CS， SCLK， 接 SID，其控制時序如圖 311 所 10 10 圖 311 串行模式時序 示。 報警模塊 報警部分要實現(xiàn)的功能為在有任何一處的溫度值超出設(shè)定溫度值范圍時就要及時報警，做出報警動作。對與報警部分硬件電路的設(shè)計較為簡單，一是蜂鳴報警，二是顯示提示，在 LCD 上顯示。 按鍵模塊 系統(tǒng)的操作模塊即為按鍵的設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，主要用于溫度值的設(shè)定和校準。需要由 4 個按鍵要實現(xiàn)以下功能：第一個按鍵是功能切換，第二個按鍵是向上調(diào)節(jié)，第三個按鍵是實現(xiàn)向下調(diào)節(jié)，第四個按鍵是確認鍵。 數(shù)據(jù)通訊模塊 下位機上通訊部分的硬件電路設(shè)計為圖 312 所示。 圖 312 下位機通訊接口電路 11 11 如圖 312所示，通訊接口電路主要應(yīng)用了 SN65LBC184芯片。 SN65LBC184是SN5176行業(yè)標準范圍內(nèi)的差分數(shù)據(jù)線收發(fā)器，它帶有內(nèi)置高能量瞬變噪聲保護裝置。這種設(shè)計特點顯著提高了抵抗數(shù)據(jù)同步傳輸電纜上的瞬變噪聲的可靠性，這種可靠性超過了多數(shù)現(xiàn)有器件。采用這類電路可提供可靠的低成本的直連（不帶絕緣變壓器）數(shù)據(jù)線接口，不需要任何外部元件。 應(yīng)用原理為： SN65LBC184的讀寫使能，在其控制下單片機的 RXD、TXD通過 SN65LBC184，在通過 485/232接口與計算機實現(xiàn)通信。如圖 312，在與SN65LBC184連接時都用了光耦隔離，光耦兩邊使用不同的電源，＋ 5V和 VCC（＋5V）表示不同的電源。其目的是為了防止干擾，實現(xiàn)通信的穩(wěn)定傳輸。 4 多點溫度巡回檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 下位機軟件程序設(shè)計 下位機程序開發(fā)方法簡介 本設(shè)計下位機部分就其功能來講，具一個有獨立作業(yè)的智能儀表。當前很多智能儀表采用前／后臺系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，后臺程序循環(huán)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的處理，中斷服務(wù)程 序處理異步事件。時間相關(guān)性很強的關(guān)鍵操作靠中斷服務(wù)來保證的。這種方式的優(yōu)點是程序比較直觀，但由此帶來一個重要的問題是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性較差。中斷服務(wù)提供的信息一直要等到后臺程序運行到該處理這個信息時才能得到處理，最壞情況下的任務(wù)級響應(yīng)時間(處理信息的及時性 )取決于整個循環(huán)的時間，而循環(huán)的執(zhí)行時間不是常數(shù)，程序經(jīng)過某一特定部分的準確時間不能確定，進而若程序修改了循環(huán)的時序也會受到影響。在智能儀表中移植嵌入式操作系統(tǒng)能較好的解決以上問題，并使軟件開發(fā)工作變得規(guī)范、容易測試、實現(xiàn)模塊化編程和縮短開發(fā)周期。 隨著 系統(tǒng)硬件功的增強，成本的降低，功能要求的增加和復(fù)雜化，需要實時操作系統(tǒng)對多個任務(wù)進行合理協(xié)調(diào)調(diào)度，管理系統(tǒng)資源的要求越來越迫切。同時，各種嵌入式實時操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，對硬件配置要求的不再苛刻，實時性不斷增強，效率不斷提高使得在自動化儀表中使用實時操作系統(tǒng)成為可能。 本設(shè)計采用 Small Rtos51 作為軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)對多點溫度進行巡回檢測，包括溫度轉(zhuǎn)換、溫度設(shè)定、顯示以及報警等功能，同時實現(xiàn)與上位機通信。 Small RTOS5l 簡介 Small RTOS5l 是一個基于 51 系列單片機的、免費 的、源代碼公開的多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，可以在單片 51 系統(tǒng)上運行。它使用了 RTX51 Tiny 的堆棧管理機制，并像 uc/osII 一樣是搶占式的。 Small RTOS51 是為 51 系列單片機編寫，具有處理機管理、存儲管理、設(shè)備管理，支持任務(wù)動態(tài)建立與刪除和動態(tài)內(nèi)存分配，提供了用于任務(wù)間通信的信號量、消息隊列。 Small RTOS5 l 是為小 RAM 系統(tǒng)設(shè)計的，對于采用只有較小 RAM 和 ROM 的 5l 微控制器的系統(tǒng)而言，移植 Small 12 12 RTOS5l 是一個較好的選擇。 下位機程序設(shè)計的實現(xiàn) 根據(jù)下位機所要實現(xiàn)的 功能在 Small RTOS5 1的配置文件 configh中建立了 6個任務(wù)：通道選擇任務(wù) chunnelsel、報警任務(wù) warn、溫度計算任務(wù) caltemper、讀傳感器溫度任務(wù) readad、顯示任務(wù) display和系統(tǒng)參數(shù)修改任務(wù) modipara。由于各任務(wù)的重要性和實時性要求不一樣，任務(wù)間的通信利用信號量來實現(xiàn)，其代碼如下： //任務(wù)定義 ifdef IN_OS_CPU_C extern void chunnelsel (void)。 extern void modipara (void)。 extern void warn (void)。 extern void caltemper (void)。 extern void readad (void)。 extern void display (void)。 void (* const TaskFuction[OS_MAX_TASKS])(void)={ chunnelsel, modipara, warn, caltemper, readad , display }。 //函數(shù)數(shù)組 TaskFuction[]保存了各個任務(wù)初始 PC指針 ,其按任務(wù) ID(既優(yōu)先級次序 )順序保存 endif 圖 41 主程序流程圖 主程序的程序框圖如圖 41。主程序的有兩個函數(shù) init()和 OSStart()，其中init()主要定義了系統(tǒng)節(jié)拍中斷頻率， OSStart()的作用是啟動 Small RTOS51的多任務(wù)環(huán)境，在調(diào)用此函數(shù)前系統(tǒng)不允許中斷。 圖 42 通道選擇程序流程 圖 43 讀傳感器溫度流程 開 始 讀溫度值 發(fā)送讀取完成信號 關(guān)中斷 結(jié) 束 開中斷 開 始 選擇通道 發(fā)送選擇完成 信號 關(guān)中斷 結(jié) 束 開中斷 13 13 通道選擇任務(wù) chunnelSel負責(zé)按設(shè)定的參數(shù)選擇數(shù)據(jù)輸入通道，然后睡眠設(shè)定的時間。由于系統(tǒng)要對多路溫度進行檢測，只有即時切換輸入通道才保證各輸入信號在規(guī)定時間內(nèi)被檢測，因而通道選擇任務(wù)在系統(tǒng)中擁有最高優(yōu)先級。通道選擇程序流程如圖 14。