【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 supervisal”. This system can be adopted in large pany, hospital and so on ,which need the large amounts aircondition. All of the airconditon are managed unitively. Lots of power waste can be avoided. It has much more practicability and science..【Key Words】 PCs MCU MAX232 temperature sensor Visual Basic緒論選題背景及目的隨著社會(huì)生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大型空調(diào)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種場(chǎng)合，比如公司，醫(yī)院，車站等等。然而這些空調(diào)都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的管理和控制系統(tǒng)，比如在一個(gè)公司，員工下班后大部分人都不會(huì)主動(dòng)關(guān)閉空調(diào)就離開(kāi)了工作房間，有些人特意將空調(diào)溫度設(shè)置的很低，因此造成大量的電能浪費(fèi)，本系統(tǒng)旨在使家電趨向高效，節(jié)能，智能化方向發(fā)展，大大減少個(gè)人人為的任意操作，使其具有統(tǒng)一規(guī)范的控制管理系統(tǒng)。節(jié)約能源是全人類永恒的話題與使命，任何項(xiàng)目的研究和開(kāi)發(fā)都必須充分考慮高效與節(jié)能，杜絕浪費(fèi)。自從八十年代后期，PC機(jī)市場(chǎng)開(kāi)始快速發(fā)展，越來(lái)越多的PC機(jī)應(yīng)用得到開(kāi)發(fā)。PC機(jī)的廣泛應(yīng)用不僅改變了我們的計(jì)算方式，對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)領(lǐng)域也帶來(lái)了革命性的變化。充分利用計(jì)算機(jī)豐富的軟硬件資源，大大突破了傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信號(hào)處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)、打印等方面的限制。目前，隨著單片機(jī)及微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)組網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越成熟，集散測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它既利用了單片機(jī)性價(jià)比高和面向控制等優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合PC機(jī)具有豐富的軟硬件資源，特別是非常友好的人機(jī)界面等特點(diǎn)。在這種系統(tǒng)中，單片機(jī)主要進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，然后通過(guò)串行口將數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)，PC機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，基于PC機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)正向著高速、高效，智能化、多功能化、多樣化發(fā)展。國(guó)內(nèi)外研究狀況如今有的空調(diào)控制系統(tǒng)僅僅采用的是以單片機(jī)為主，采用鍵盤或遙控器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，外接報(bào)警等控制電路，不具備人性化，而且操作不方便，如果對(duì)多臺(tái)空調(diào)進(jìn)行控制更加顯得麻煩，增大了工作量。相比于本系統(tǒng)具有很大的缺陷性。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展,在各種單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,如智能儀器儀表、各類手持設(shè)備、GPS接收器等,常常需要PC機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換,即通信。串行通信已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的最廣泛的途徑之一。這也是當(dāng)今市場(chǎng)比較熱門的技術(shù)，許多監(jiān)控系統(tǒng)都是基于PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制與監(jiān)控，管理員只需在監(jiān)控室的電腦上操作一個(gè)Windows環(huán)境下的人機(jī)界面就可以對(duì)所有要控制的設(shè)備進(jìn)行管理，這使得管理員的工作量大大減少，也提高了工作效率，更加具有現(xiàn)代化和人性化。設(shè)計(jì)和研究方法本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法采用的是PC機(jī)與多片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，利用PC機(jī)和單片機(jī)的串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，所謂串口通信是指按照逐位順序傳遞數(shù)據(jù)的通信方式,由于僅需三根傳輸線傳送信息且通信距離相對(duì)較遠(yuǎn),所以在控制領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、分布控制等場(chǎng)合有著重要的應(yīng)用價(jià)值。鑒于PC 機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能,單片機(jī)則具有快速以及容易控制的特點(diǎn),在數(shù)據(jù)量不大、傳輸要求不高的情況下,傳輸距離要求不遠(yuǎn)的情況下一般都采用給PC 機(jī)配置的RS2232 標(biāo)準(zhǔn)串行接口(如COM1 ,COM2) 來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)與PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，PC機(jī)可以與一片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，也可與對(duì)片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。由于本系統(tǒng)是實(shí)行對(duì)多臺(tái)空調(diào)的同時(shí)監(jiān)控與控制，故采用PC機(jī)與單片機(jī)多機(jī)通信，每個(gè)房間的空調(diào)都安裝一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和發(fā)送，接受PC機(jī)發(fā)來(lái)的控制命令字，驅(qū)動(dòng)控制器工作。上位PC機(jī)采用的是Visual Basic 語(yǔ)言和它的MSCOMM控件來(lái)實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的串口通信，能任意發(fā)送命令給下位機(jī)并且也可以接收下位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙工通信。上位機(jī)定時(shí)對(duì)下位機(jī)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，經(jīng)過(guò)判斷來(lái)決定要發(fā)送的控制命令。在PC機(jī)Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)串行通信一般有4種方法：底層匯編操作；用某些高級(jí)語(yǔ)言（如C、PASCAL）提供的庫(kù)函數(shù)；用Windows提供的API函數(shù)；用串行通信控件MSCOMM；這幾種方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，使用局限性也各不相同。有些通信方法可直接對(duì)串行口地址位操作，在此方式中，可傳送一幀11位的信息：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可作“地址幀”和“數(shù)據(jù)幀”的標(biāo)志位和1位停止位。這可很方便實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信（單片機(jī)通信方式3），但其復(fù)雜化和專業(yè)化程度高。串行通信控件MSCOMM只發(fā)送一幀10位的信息，取8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，這與單片機(jī)的串口工作方式1 剛好相同。利用此特性，在通信協(xié)議中，每臺(tái)下位單片機(jī)都規(guī)定一個(gè)明確的地址，PC機(jī)發(fā)送出一個(gè)數(shù)據(jù)（地址或命令）給下位機(jī)后等待下位機(jī)的反應(yīng)。下位機(jī)接收到地址或命令后，比較確認(rèn)，若為本機(jī)地址則繼續(xù)接受PC機(jī)發(fā)來(lái)的命令。利用這種查詢方法可方便實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與多臺(tái)單片機(jī)的多機(jī)通信。1 方案比較與論證方案一：采用單片機(jī)與單片機(jī)多機(jī)通信，選定其中任意一片單片機(jī)作為主機(jī)，其余為從機(jī)，分別安裝在每個(gè)房間控制每個(gè)房間的空調(diào)并采集每間房的溫度。單片機(jī)本身帶有串口，可與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，但由于作為主機(jī)那塊單片機(jī)需要管理與監(jiān)控多臺(tái)空調(diào)，對(duì)參數(shù)的設(shè)置以及實(shí)時(shí)監(jiān)控帶來(lái)了不便，沒(méi)有一個(gè)很好的人機(jī)交互界面，不利于管理員的操作，不具備人性化的特點(diǎn)。故本設(shè)計(jì)沒(méi)有采納。方案二: 采用PC機(jī)與單片機(jī)多機(jī)通信，由于PC機(jī)本身自帶有9針串口（如COM1,COM2），通過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)RS232電平邏輯向TTL電平邏輯的雙向轉(zhuǎn)換就可以很方便的實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與下位單片機(jī)的串口通信，通過(guò)該芯片可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)十多米的通信距離的數(shù)據(jù)傳輸，若適當(dāng)降低傳輸速率，可增加其通信距離，因此對(duì)于一個(gè)企業(yè)里，完全可以通過(guò)一臺(tái)PC機(jī)，僅僅在一個(gè)人機(jī)交互界面上將所有房間的空調(diào)實(shí)行統(tǒng)一監(jiān)控與管理，取代人為對(duì)空調(diào)的任意控制，大大節(jié)約了電能。故本系統(tǒng)采用此方案。2 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要是針對(duì)數(shù)據(jù)采集與通信進(jìn)行研究，故硬件電路比較少，上位機(jī)只需一臺(tái)普通的PC機(jī)，下位機(jī)采用常用的AT89S51，中間僅僅只需一片MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，與下位機(jī)相連的溫度采集模塊，采用的是單總線制的DS18B20，它與單片機(jī)之間連接只需一根I/O口線，因此大大節(jié)省了單片機(jī)的I/O口，方便單片機(jī)與控制空調(diào)的控制器連接。而且其價(jià)格比較便宜，性價(jià)比高。 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖如圖1所示 圖1 系統(tǒng)框圖模塊說(shuō)明：a. PC機(jī)為普通的帶有串口的臺(tái)式機(jī)，作用為：在其Windows界面上創(chuàng)建一個(gè)人機(jī)界面，控制每臺(tái)空調(diào)的工作并且實(shí)時(shí)監(jiān)控。b. MAX232為電平轉(zhuǎn)換芯片，由于PC機(jī)串口為RS232接口只能識(shí)別EIA電平，而單片機(jī)機(jī)只能識(shí)別普通的TTL電平，此芯片的作用就是將兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，達(dá)到數(shù)據(jù)通信的目的。c. 以單片機(jī)為核心的下位機(jī)系統(tǒng)主要作用是采集房間內(nèi)的溫度，供單片機(jī)來(lái)讀取并保存，當(dāng)上位機(jī)通知該下位機(jī)發(fā)送溫度時(shí)，單片機(jī)調(diào)用串口發(fā)送函數(shù)，將當(dāng)前溫度發(fā)送給上位機(jī)。d. DS18B20為單線數(shù)字溫度傳感器，負(fù)責(zé)測(cè)量室內(nèi)溫度。 PC機(jī)串口臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般至少帶有兩個(gè)串行口COM1和COM2，串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下午，這樣，雖然速度會(huì)慢一些，但傳送距離較并行口更長(zhǎng)，因此對(duì)于距離較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)通信應(yīng)該使用串行接口。通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2有些使用的是老式的DB25針連接器，本系統(tǒng)采用的是常用的9針連接器。由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串口接口中，要由接收移位寄存器把串口方式轉(zhuǎn)換為并行方式，由發(fā)送移位寄存器把并行方式轉(zhuǎn)換成串行方式。完成這樣的轉(zhuǎn)換功能的電路，叫做通用異步收發(fā)器UART，該接口芯片已經(jīng)集成在串口接口中，典型的有Intel的8251A，National Semiconductor的8250，Motorola的6850等等。其中九針D形串口如圖2所示 。 圖 2 九針D型串口 目前RS232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS232采用不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。收，發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地。其中9針串口引腳定義如表3所示，其中引腳2和引腳3分別為數(shù)據(jù)接收和發(fā)送端，這與單片機(jī)的RXD和TXD相類似，數(shù)據(jù)都是一位接著一位的發(fā)送。唯一不同的是兩者之間的電平不同。RS232是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器典型的工作電壓是5V—15V和5V15V,接收數(shù)據(jù)時(shí)，接受器典型工作電壓是+3V +12V和3V 12V。而TTL是用電平高低表示邏輯狀態(tài)。RS232C主要用來(lái)定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的電氣性能。例如CRT、打印機(jī)與CPU的通信大都采用RS232C接口，MCS51單片機(jī)與PC機(jī)的通信也是采用該種類型的接口。由于MCS51系列單片機(jī)本身有一個(gè)全雙工的串行接口，因此該系列單片機(jī)用RS232C串行接口總線非常方便。RS232C串行接口總線適用于：設(shè)備之間的通信距離不大于15米，傳輸速率最大為20kB/s。 表1 九針串口管腳定義 電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232MAX232是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口RS232電平是12v +12v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0 +5v,MAX232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。主要特點(diǎn) 單5V電源工作LinBiCMOSTM工藝技術(shù)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器 177。30V輸入電平低電源電流：典型值是8mA符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/ESD保護(hù)大于MILSTD883（方 法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000VMAX232芯片管腳及各管腳定義如圖3所示。 其中標(biāo)號(hào)IN和OUT都是針對(duì)MAX232本身而言，即OUT腳接的是PC機(jī)或者單片機(jī)的RXD腳，同理IN腳接的是PC機(jī)或單片機(jī)的TXD腳利用此性質(zhì)可以很容易實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的連接。由于它有兩組收發(fā)器，所以7，8腳和9，10腳配合為一組，11，12腳和13，14腳為一組。使用時(shí)人選一組即可。 圖3 MAX232芯片管腳及定義AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kB的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。系統(tǒng)復(fù)位電路也就是單片機(jī)的復(fù)位電路,如圖4所示:圖4 AT89S51復(fù)位電路當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，ESET瞬間為高平，然后電源與電容、電阻構(gòu)成回路，并對(duì)C1電容進(jìn)行充電，R1上的電壓逐漸下降，直至為低電平，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。 數(shù)字溫度傳感器DS18B20 DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型單總線智能溫度傳感器，信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從處理器到DS18B20僅需一根線，讀，寫和完成溫度轉(zhuǎn)換所需電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。DS18B20內(nèi)部主要由4部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，配置寄存器。DS18B20管腳圖如圖5所示 DS18B20 的特點(diǎn)如下：1. 獨(dú)特的單線接口方式。DS18B20與處理器連接時(shí)僅需一根口線即可實(shí)現(xiàn)處理器與DS18B20的雙向通信。2. 在使用中不需要任何外圍元件。3. 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為+~+。4. 測(cè)溫范圍為55~+125攝氏度，5. 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為200MS6. 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值7. 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能。多個(gè)DS18B20可用并聯(lián)在唯一的3線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。8. 負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 圖 5 DS18B20管腳圖3 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要研究的是PC機(jī)與單片機(jī)的串口通信，所以大部分是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)（PC）采用的是VB編程，利用MSCOMM控件實(shí)現(xiàn)PC機(jī)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，下位機(jī)（單片機(jī)）采用的是C51編程，C51具有可讀性強(qiáng)，移植性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此被廣泛采用。為了達(dá)到上位機(jī)與下位機(jī)的通信的協(xié)調(diào)與匹配，因此雙方需要一套相同的通信協(xié)議，該協(xié)議是人為自己規(guī)定的。有了這套協(xié)議就可以順利實(shí)現(xiàn)雙工通信。 串口通信控件MSCOMM MSCOMM控件全稱為Microsoft Communication Control,是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法，MSCOMM控件提供兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。事件驅(qū)動(dòng)通信是處理串行端口