【正文】 with other machine and coordinate with other machine. Thus it has achieved the harmonious effect of the whole system。 ℃ . 3 using the RS485 serial main line to MAX485 make chip transform and the transmission distance is longger than 1200m, the antijamming ability is Each detecting unit can demonstrate the temperature of the examination. 5 design and make the detectors and the current direct voltagestabilized source that the major controlling machine uses。 課題背景溫度的精確測(cè)量是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的一個(gè)經(jīng)典課題，在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，特別是智能儀表中，測(cè)量變換電路起著非常重要的作用。目前，廣泛使用的溫度傳感器有 4 類(lèi)：熱電阻，熱電偶，熱敏電阻及集成電路溫度傳感器。熱電阻具有精度高，性能穩(wěn)定，互換性好，耐腐蝕及使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，一直是工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中廣泛使用的一種比較理想的測(cè)溫元件，缺點(diǎn)是不能在高溫環(huán)境中使用 [1]。與熱電阻變化率相比，顯然，連線電阻對(duì)測(cè)量精度影響很大。因此，只有消除上述誤差，或是控制在期望指標(biāo)的允許誤差內(nèi)才能設(shè)計(jì)出一個(gè)比較完好實(shí)用的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，而且熱敏電阻的可靠性相對(duì)較差，測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)的精度差。能對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制巡檢，各檢測(cè)單元能獨(dú)立完成各自功能，根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)采集。２2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究 系統(tǒng)的性能要求設(shè)計(jì)一個(gè)多路溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求檢測(cè)范圍為：0℃400℃，檢測(cè)分辨率為：177。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的系統(tǒng)具有較好的快速型與較小的超調(diào)，以及數(shù)碼管顯示及測(cè)量精度提高等。方案二 采用溫度傳感器 AD590?！?，且檢測(cè)溫度范圍為：55~+155℃，不滿足題目要求。它的國(guó)際測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)為：40~+450℃，可選環(huán)境溫度為：40~70℃，精度為： 177。且安裝尺寸小，可直接安裝在印刷電路板上，可焊 SIP 封裝 [3]。但需采用電路或軟件設(shè)計(jì)等修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度 t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響，使用不便。方案一 一般微機(jī)提供的標(biāo)準(zhǔn)接口為 RS232，它的接口是一種用于近距離(最大 30－60 米) 、慢速度、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的通訊協(xié)議，在 RS232 中一個(gè)信號(hào)只用到一條信號(hào)線，采取與地電壓參考的方式，因而在長(zhǎng)距離傳輸后，發(fā)送端和接收端地電壓有出入，容易造成通訊出錯(cuò)或速度降低。例如把雙絞線中的一根標(biāo)為 A(正)，另一根標(biāo)為 B(負(fù))，當(dāng) A 為正電壓(通常為+5V) ，B 為負(fù)電壓時(shí)(通常為 0)，表示信號(hào)“1” ；反之，A 為負(fù)電壓，B 為正電壓時(shí)表示信號(hào) “0”。綜上比較分析，方案二具有更高的精度和測(cè)量距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，選擇方案二。 從機(jī)系統(tǒng)框圖圖 從機(jī)系統(tǒng)框圖圖 是從機(jī)系統(tǒng)框圖，溫度檢測(cè)點(diǎn)將采集到的電壓信號(hào)送到傳感器，經(jīng)放大后送入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后送入單片機(jī)。所以通常將其放在電橋橋臂上，溫度變化時(shí)，熱電阻兩端的電壓信號(hào)４被送到儀器放大器 AD620 的輸入端，經(jīng)過(guò)儀器放大器放大后的電壓輸出送給A/D 轉(zhuǎn)換芯片，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。對(duì)信號(hào)放大，我們使用了低價(jià)格、高精度的儀器放大器 AD620，它運(yùn)用方便，可以通過(guò)外接電阻方便的進(jìn)行各種增益（11000）的調(diào)整。（3） 所用器件的介紹Pt100: Pt100 的國(guó)際測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)為：40~+450℃，可選環(huán)境溫度為：40~70℃，精度為：177。且安裝尺寸小，可直接安裝在印刷電路板上，可焊 SIP 封裝。MAX186是美國(guó)MAXIM公司設(shè)計(jì)的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部集成了大帶寬跟蹤/保持電路和串行接口，轉(zhuǎn)換速率高且功耗低，特別適合對(duì)體積，功耗和精度有較高要求的便攜式智能化儀器儀表產(chǎn)品。為進(jìn)一步提高精度，可以直接采用 16 位 AD 轉(zhuǎn)換器，也可以采用過(guò)采樣和求均值技術(shù)來(lái)提高測(cè)量分辨率 [7]。所謂過(guò)采樣技術(shù)是指以高于奈奎斯特頻率的采樣頻率進(jìn)行采樣，也就是說(shuō)當(dāng)ADC 以高于系統(tǒng)所需采樣頻率 fs的速率對(duì)信號(hào)采樣時(shí)，能增加有效位數(shù)。圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路原理圖假設(shè)每秒鐘輸出一個(gè)溫度值（1Hz） 。為此，先累加（將 256 個(gè)連續(xù)樣本加在一起） ，然后將總和除以 16。用過(guò)采樣和求均值技術(shù)后，新的 AD 分辨率計(jì)算如下：最小分辨電壓= ?這樣，可以測(cè)量的最小溫度變化為 ，在采用過(guò)C??采樣和求均值技術(shù)的情況下，用同一個(gè) 12 位 ADC 可以測(cè)量的最小溫度變化為℃，就允許了以高于 [8]的精度對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。（2） 所用器件的介紹MAX186：MAX186 是美信公司推出的 12 位 A／D 轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部含有采樣／保持電路，單 5 V 操作電源，轉(zhuǎn)換速度為 8．5μs，具有片上 4．096 V 參考電壓，模擬量輸入范圍為 0～V BEF。小巧的封裝體積適合在傳感器中使用。引腳 2：模擬量輸入，范圍0～V BEF 。正常操作模式為高電平或懸空。引腳 4：參考電壓，內(nèi)部參考為 ，使用內(nèi)部參考時(shí)此引腳對(duì)地接一個(gè) ，電容，使用外部參考時(shí)，接 —VDD 的基準(zhǔn)電壓。引腳 6：數(shù)據(jù)輸出。引腳 8：時(shí)鐘，最高為 5MHz.MAX186 用采樣／保持電路和逐位比較寄存器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 12 位的數(shù)字信號(hào)，其采樣／保持電路不需要外接電容。 置為高電平或懸空進(jìn)入正常操作模式。A/D 轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程是：當(dāng) 為低電平時(shí)，在下降沿 MAX186 的 T／H 電路進(jìn)入保持狀態(tài)，并開(kāi)始轉(zhuǎn)換， 后 DOUT 輸出為高電平作為轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志。數(shù)據(jù)讀取完成后將 置為高電平。發(fā)完脈沖后應(yīng)將 置為高電平。而且從機(jī)能夠通過(guò)通訊電路將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳，接收主機(jī)數(shù)據(jù)（包括系統(tǒng)時(shí)間信息、修正值和報(bào)警上下限）進(jìn)行自身信息設(shè)置。MCS51 系列單片機(jī)主要包括 8038051 和 8751 等通用產(chǎn)品，其主要功能如下：8 位 CPU4kbytes 程序存儲(chǔ)器(ROM)128bytes 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)32 條 I/O 口線111 條指令，大部分為單字節(jié)指令21 個(gè)專(zhuān)用寄存器2 個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器5 個(gè)中斷源，2 個(gè)優(yōu)先級(jí)一個(gè)全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為 64kB８外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為 64kB邏輯操作位尋址功能雙列直插 40PinDIP 封裝 [11]單一+5V 電源供電MCS51 以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專(zhuān)用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱(chēng)為一代“名機(jī)” ，為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。近年來(lái) C51 獲得了飛速的發(fā)展，C51 的發(fā)源公司 INTEL 由于忙于開(kāi)發(fā) PC 及高端微處理器而無(wú)精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機(jī)，而由其它廠商將其發(fā)展，最典型的是PHILIPS 和 ATML 公司，PHILIPS 公司主要是改善其性能，在原來(lái)的基礎(chǔ)上發(fā)展了高速 I/O 口， A/D 轉(zhuǎn)換器，PWM(脈寬調(diào)制)，WDT 等增強(qiáng)功能，并在低電壓微功耗，擴(kuò)展串行總線(I 2C)和控制網(wǎng)絡(luò)總線(CAN)等功能加以完善 [12]。這兩組口線用來(lái)作為 CPU 與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部程序存儲(chǔ)器和 I/O 擴(kuò)展口，而不能象 PP3 直接用作輸出口。P2 口作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器的地址總線的高 8 位輸出口 AB8AB15， P0 口由 ALE 選通作為地址總線的低 8 位輸出口 AB0AB7。P1 口：P1 口為 8 位準(zhǔn)雙向口，每一位均可單獨(dú)定義為輸入或輸出口，當(dāng)作為輸入口時(shí)，1 寫(xiě)入鎖存器，Q(非)=0，T2 截止，內(nèi)上拉電阻將電位拉至 1，此時(shí)該口輸出為 1，當(dāng) 0 寫(xiě)入鎖存器，Q(非)=1,T2 導(dǎo)通，輸出則為 0。需要說(shuō)明的是，作為輸入口使用時(shí)，有兩種情況，其一是：首先是讀鎖存器的內(nèi)容，９進(jìn)行處理后再寫(xiě)到鎖存器中，這種操作即讀—修改—寫(xiě)操作，象 JBC(邏輯判斷)、CPL(取反 )、INC(遞增) 、 DEC(遞減) 、ANL(與邏輯 )和 ORL(邏輯或)指令均屬于這類(lèi)操作。b Mcs51 的 串 行 通 信 口MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（SBUF ） ，這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。這個(gè)通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。下面我們分別介紹。單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定方向傳送。半雙工方式：數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收/發(fā)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。多工方式：以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號(hào)，為了充分地利用線路資源，可通過(guò)使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分，時(shí)分或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們盛之為多工傳輸方式。異步通信在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘，它們的工作是非同步的，異步通信用一幀來(lái)表示一個(gè)字符，其內(nèi)容如下：一個(gè)起始位，僅接著是若干個(gè)數(shù)據(jù)位。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)先送出一個(gè)同步頭（字符）標(biāo)志即可 [14]。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個(gè)時(shí)鐘來(lái)協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。串行數(shù)據(jù)傳輸速率有兩個(gè)概念，即每秒轉(zhuǎn)送的位數(shù) bps（Bit per second）和１０每秒符號(hào)數(shù)—波特率（Band rate） ，在具有調(diào)制解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)制速率有關(guān)。SBUF 為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個(gè)可尋址的專(zhuān)用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)送器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。MCS51 的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡(jiǎn)單，只要向發(fā)送緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，接收緩沖器前還加上一級(jí)輸入移位寄存器，MCS51 這種結(jié)構(gòu)目的在于接收數(shù)據(jù)時(shí)避免發(fā)生數(shù)據(jù)幀重疊現(xiàn)象，以免出錯(cuò)，部分文獻(xiàn)稱(chēng)這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖器結(jié)構(gòu)。圖 Mcs51 串行口寄存器結(jié)構(gòu)串行通信控制寄存器SCON 控制寄存器是一個(gè)可尋址的專(zhuān)用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，單元地址是 98H，其結(jié)構(gòu)格式如表 ：表 SCON 寄存器結(jié)構(gòu)D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SCONSM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI位地址 9FH 9EH 8DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H下面我們對(duì)各控制位功能介紹如下：a SM0、SM1：串行口工作方式控制位。多機(jī)通信是工作于方式 2 和方式 3，SM2 位主要用于方式 2 和方式 3。當(dāng) SM2=0 時(shí)，就不管第位數(shù)據(jù)是 0 還是 1，都難得數(shù)據(jù)送入 SBUF，并發(fā)出中斷申請(qǐng)。c REN：允許接收位。d TB8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位 8。在多機(jī)通信中同樣亦要傳輸這一位，并且它代表傳輸?shù)牡刂愤€是數(shù)據(jù)，TB8=0 為數(shù)據(jù)，TB8=1時(shí)為地址。在方式 2 和方式 3 中，RB8 存放接收到的第 9 位數(shù)據(jù)，用以識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征?？蓪ぶ窐?biāo)志位。g RI：接收中斷標(biāo)志位。接收完第 8 位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位，在其他工作方式下，該位由硬件置位，RI=1 表示幀接收完成。系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為SMOD=0。ES 為串行中斷允許控制位，ES=1 允許串行中斷，ES=0，禁止串行中斷。本系統(tǒng)在從機(jī)和主機(jī)部分均設(shè)計(jì)了報(bào)警電路。報(bào)警電路原理如下所示：圖 聲光報(bào)警電路原理圖 通訊部分 電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)串行口輸出的是 TTL 電平，要想實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，必須要將其轉(zhuǎn)換成常用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口電平，如 RS232 或 RS485。其主要缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短（不超過(guò) 30m） ，抗干擾能力差，不能滿足題目的要求。所以系統(tǒng)使用 RS485 總線進(jìn)行傳輸，采用 SN75176 驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。多機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多種，如果從系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)的關(guān)系上分，可分為緊密耦合型