【導(dǎo)讀】度監(jiān)控，以確保儲(chǔ)糧的安全。主控監(jiān)控兩模塊的微處理器都采用AT89S52. 為了實(shí)現(xiàn)主控模塊對(duì)監(jiān)控模塊的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在主控端和監(jiān)控端處都設(shè)計(jì)有CAN. 通信電路，由控制器SJA1000和收發(fā)器82C250組成CAN通信接口。監(jiān)控端的溫度傳感器采用數(shù)字傳感器DS18B20，系統(tǒng)設(shè)置溫度傳感器的闡值。本文給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計(jì)方案，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度測(cè)量、越限報(bào)警等功能。該系統(tǒng)具有可靠性好、通信速率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本系統(tǒng)還適用于在糧倉(cāng)、北。方暖氣和熱水供應(yīng)中心、大面積水泥鋪建等多種場(chǎng)合。

　　

【正文】 原理框圖 當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重 新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度 [18]。圖，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 斜率累加器 比較 計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)器 2 =0 =0 溫度計(jì)存器 預(yù)置 LSB 置位 /清除 停 止 加 1 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 四部分組成 ： 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。該裝置信號(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器，儲(chǔ)存能量通由 1 線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來(lái)重新充電。 DS18B20 的電源也可以從外部 的電壓得到。 在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸，多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問(wèn)題。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度， 輸出信號(hào)全數(shù)字化 。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多 外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在 0100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸 ，由數(shù)字溫度計(jì) DS1820 和微控制器構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ， 它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào) ， 可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣 ， 測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單 ， 體積也不大 ， 且由于微控制器可以帶多個(gè) DSB1820， 因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量 。 輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。采用溫度芯片DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔 ，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì) [19]。本 設(shè)計(jì) 應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。 顯示器的選擇 由于發(fā)光二極管顯示器 LED（ Light Emitting Diode）多為 8 段或米字段，只能輸出有限的英文字符，對(duì)于儀器的使用者來(lái)說(shuō)很不方便，所以我們?cè)诙帱c(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)上使64 位ROM和 單 線 接 口 儲(chǔ)存器和控制器 溫度靈敏元件 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 高速緩存 存儲(chǔ)器 8 位 CRC 生成器 電源監(jiān)測(cè) 內(nèi)部 DDV I/O DDV 用了液晶顯示器 (LCD)。液晶顯示器具有體積小、外形薄、重量輕、耗能小、工作電壓低、無(wú)輻射，特別是視域?qū)挕@示信息量大等優(yōu)點(diǎn)。液 晶顯示器已被廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表、電子顯示裝置等場(chǎng)合，成為測(cè)量結(jié)果顯示和人機(jī)對(duì)話的重要工具。液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點(diǎn)陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點(diǎn)陣式 LCD 不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形，并且可實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動(dòng)顯示，反轉(zhuǎn)顯示以及顯示閃爍等功能，用途十分廣泛。 本系統(tǒng)的顯示屏采用 FM12232B 液晶模塊，實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。該類(lèi)液晶模塊采用的驅(qū)動(dòng)控制器都是 SED152O 或其兼容型驅(qū)動(dòng)控制器。 SED1520 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器集行列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體 ，被廣泛應(yīng)用于小規(guī)模液晶顯示模塊。 12232 是一種內(nèi)置 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)漢字庫(kù)和 128 個(gè) 168 點(diǎn) ASCII 字符集圖形點(diǎn)陣液晶顯示器 ， 它主要由行驅(qū)動(dòng)器 / 列驅(qū)動(dòng)器及 12832 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示 ， 也可以顯示 2 個(gè) (16 16 點(diǎn)陣 )漢字 。 與外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制。 其特性如下： ①內(nèi)置 2560 位顯示 RAM 區(qū)。 RAM 中的 1 位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)像素的亮暗，狀態(tài) 1 表示亮， 0 表示暗。 ②具有 16 個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和 61 個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出。 ③可直接與 80 系列微處理器相連，也可直接與 68 系列微處理器相連。 ④驅(qū)動(dòng)占空比為 1/16 或 1/32。 ⑤可以與 SED1520 級(jí)聯(lián)使用，以便擴(kuò)展行列驅(qū)動(dòng)能力。 顯示屏的顯示特性和機(jī)械特性如下所示： （ 1）顯示特性： ① STN 正視反射模式 ②顯示顏色：綠底藍(lán)字 ③顯示角度： 6 點(diǎn)鐘直視 ④驅(qū)動(dòng)方式： 1/32 Duty， 1/6Bias （ 2）機(jī)械特性： ①外觀尺寸： 84 44(mm) ②電陣： 122 32 點(diǎn) ③點(diǎn)尺寸： (W) (H)(mm) ④點(diǎn)間距： (W) (H)(mm) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成 本系統(tǒng)由兩部分組成：主控模 塊和監(jiān)控模塊， 從圖 可以看出，主控模塊功能模塊由微控制器、 CAN 通信電路以及時(shí)鐘電路、 EEPROM 電路、串口電路、液晶顯示屏等外圍電路組成。監(jiān)控模塊的功能模塊由微控制器、 CAN 通信電路、傳感器及外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)在下列小節(jié)做出詳細(xì)的闡述。 系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)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(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)的 監(jiān)控模塊與主控模塊之間采用 CAN 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸。下位機(jī)連接到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化傳感器上，對(duì)測(cè)量點(diǎn)的溫度進(jìn)行采 集，并且把采集到的溫度值傳輸?shù)?CAN 總線上，構(gòu)成 CAN 總線的智能節(jié)點(diǎn)。下位機(jī)與上位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)通過(guò) CAN 總線控制器。單片機(jī)采集到的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)通信轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)在上位機(jī)上顯示， CAN 總線系統(tǒng)很容易擴(kuò)展成針對(duì)多對(duì)象的溫度監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)較大系統(tǒng)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 實(shí)際采用電路方案如上圖 所示。 圖 溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 時(shí)鐘電路 液晶顯示器 串口電路 CAN 總線 控制器 SJA1000 CAN 總線 收發(fā)器 82C250 EEPROM 電路 報(bào)警電路 CAN 總線 控制器 SJA1000 CAN 總線 收發(fā)器 82C250 單片機(jī) AT89S52 溫度傳感器 DS18B20 單片機(jī) AT89S52 監(jiān) 控 模 塊 主 控 模 塊 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)闡述了主控模塊和監(jiān)控模塊的硬件設(shè)計(jì)。在各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)系統(tǒng)的需求分析， 設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能電路以完成各部分的實(shí)際功能，主要包括各模塊微控制器電路、電源電路、 CAN 控制器接口電路以及其他功能電路的設(shè)計(jì)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 從圖 可以看出，在通信模塊中的單片機(jī)及其外圍電路中主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、CAN 通信電路、串口電路等外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)在下列小節(jié)做出詳細(xì)的闡述。 本系統(tǒng)采用 AT89S52 芯片作為微控制器。圖 為微控制器最小系統(tǒng)電路圖。 ALEINTO_SWR_SRD_SRXDTXDP26P27P25373635343332EA31ALE30PSEN2928272625242338223921VCC4012346578RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND20U8AT89S52C1510u12Y412MHzR1410KC1330pC1230pS1SWPBD0D1D2D3D4D5D6D7ALE+5V+5V+5VR12R20SCLSDA/RD 87/WR 8732 D132 RWRSTspeakerkey1key2key3key4 圖 微控制器最小系統(tǒng) AT89S52 所用晶振可在 4MHz~24MHZ 之間，此處用典型的 12MHz 晶振。 兩旁的電容可用 30177。10pF，電容 C12 和 C13 可以幫助起振，此處使用典型的 30pF，調(diào)節(jié)他們 可以達(dá)到微調(diào)時(shí)鐘頻率的目的。對(duì)主控模塊和檢測(cè)模塊的微控制器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，復(fù)位十分重要，這直接決定其是否正常工作。本系統(tǒng)復(fù)位原理圖如上圖 所示。在復(fù)位電路中，系統(tǒng)具有上電與手動(dòng)兩種方式，手動(dòng)或上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)上電或按鍵 S1 按下時(shí)， RST 腳為高電平，從而單片機(jī)復(fù)位。當(dāng) RST 腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，復(fù)位結(jié)束。 由于 P0 口是 OC 門(mén)，故要在 ~ 腳加上拉電阻。在此最小系統(tǒng)中，選用經(jīng)典電路中的 歐的電阻。 AT89S52 內(nèi)部附有 ISP 模塊。 ISP(InSystem Programming，在系統(tǒng)可編程 )是指電路板上的空白器件可以編程寫(xiě)入最終用戶(hù)代碼，而不需要從電路板上取下器件。已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再編程。 串口電路設(shè)計(jì) 在串行通信中，根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方向，把串行通信可以分成三種基本的傳送模式：全雙工、半雙工和 單工。單工模式目前己基本不使用。對(duì)于 AT89S52 而言，有兩條串行傳輸線 TXD 和 RXD，內(nèi)部有全雙工接口，因此通信傳送模式對(duì)串行接口而言是全雙工的。 1234567891110J5DB9R1 OUT12R2 OUT9T1 OUT14T2 OUT7C2+4C25R1 IN13R2 IN2T1 IN11T2 IN10C1+1C23V+2V6GND15VCC16U2MAX232C8C7RXDTXDC3C4C5+5VC6+5V 圖 串口通信電路圖 全雙工是指通信的雙方能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作，發(fā)送和接收由兩根不同的傳輸線完成。全雙工方式無(wú)需進(jìn)行方向切換，因此沒(méi)有切換操作所產(chǎn)生的延時(shí)。 在 RS232C 中，任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系，即：邏輯“ 1”為 5~15V，邏輯“ 0”為 +5~+15V。 TTL 電平信號(hào)被利用得最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī) 定， +5V 等價(jià) 于邏輯“ 1”， 0V 等價(jià)于邏輯“ 0”。 RS232C 與 TTL 之間需要電平轉(zhuǎn)換。串口通信芯片采用 MAX232，其電路圖如上圖 所示。 EEPROM 本系統(tǒng)中， 為了記錄事故發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，便于技術(shù)人員事后分析處理，需要對(duì)系統(tǒng)歷史信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并且對(duì)顯示屏上的字庫(kù) （和按鍵緩存區(qū)數(shù)據(jù)） 也需要進(jìn)行存儲(chǔ)。目前常用的有 FRAM 鐵電存儲(chǔ)器與 EEPROM 兩種存儲(chǔ)方案。 目前市場(chǎng)上常用的有三種 FRAM 鐵電存儲(chǔ)器： （ 1）串行 CI2 接口 FRAM FM24XX。該 FRAM 讀寫(xiě)壽命無(wú)限，具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) CI2接口，沒(méi)有寫(xiě)等待，按字節(jié)操作，總線頻率可以達(dá)到 1MHz，操作電流小于 150uA，靜態(tài)電流小于 luA，數(shù)據(jù)壽命為 45 年。 （ 2）串行 SPI 接口 FRAM FM25XX。該 FRAM 也具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPI 接口，沒(méi)有寫(xiě)等待，按字節(jié)操作，讀寫(xiě)壽命無(wú)限，總線頻率可以達(dá)到 25MHz，靜態(tài)電流小于 luA，管腳和標(biāo)準(zhǔn) EEPROM 兼容。 （ 3）并行接口 FRAM。該 FRAM 的靜態(tài)電流小于 15uA，沒(méi)有寫(xiě)等待，按字節(jié)操作，并與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SRAM/EEPROM 管腳兼容。 VCC8WP7SCL6SDA5A01A12A23GND4U7AT24C16R910KR1010K+5VSCLSDA 圖 EEPROM 電路圖 主控端的 EEPROM 設(shè)計(jì)電路圖如圖 所示。本系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)采用 AT24C16。首先，AT24C16 的容量適中 (16kbit)，可存儲(chǔ)較多從節(jié)點(diǎn)的信息，并且讀寫(xiě)速度（小于 10ms）也滿(mǎn)足系統(tǒng)要求；其次，這款價(jià)格比較便宜，市場(chǎng)上 AT24C16 單價(jià)僅 1 元人民幣一塊，可以節(jié)約成本。 CAN 通信電路設(shè)計(jì) CAN 通信電路由電源、微控制芯片 AT895S CAN 控制器 SJA1000、 CAN 總線驅(qū) 動(dòng)器 82C250、光電耦合器 6N137 組成。 CAN 數(shù)據(jù)通過(guò) 82C250 傳輸?shù)?SJA1000