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基于單片機(jī)的糧庫溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

2012-12-31 00:00:00魏麗娜管力銳
考試周刊 2012年53期


  摘要: 本文介紹了以臺(tái)式計(jì)算機(jī)為上位機(jī)和89C51單片機(jī)為前置機(jī)的集散式糧庫溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),闡述了利用單片機(jī)控制多個(gè)模擬開關(guān)構(gòu)成的電子矩陣并進(jìn)行多點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法。
  關(guān)鍵詞: 計(jì)算機(jī) 89C51單片機(jī) 電子矩陣
  大型糧庫如何更好地保存糧食,防止糧食變質(zhì)發(fā)霉,對(duì)糧食溫度的檢測(cè)是重要環(huán)節(jié)之一。由于大型糧庫每個(gè)庫房的體積大,存放的糧食多,不同位置的糧食溫度是不同的,因此在糧溫檢測(cè)過程中,必須進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。因?yàn)殡S著測(cè)量點(diǎn)的增加,測(cè)量費(fèi)用會(huì)大幅增加。為降低系統(tǒng)總的造價(jià),筆者采用了模擬開關(guān)構(gòu)成的電子矩陣并進(jìn)行多點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè),以最大限度地降低多點(diǎn)溫度檢測(cè)的成本,下面分硬、軟件兩部分介紹本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)成。
  1.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了一臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī)作為該集散系統(tǒng)的上位機(jī),通過RS-485串行通信總線與多臺(tái)由89C51單片機(jī)為控制核心的前置機(jī)相連,每臺(tái)前置機(jī)是一個(gè)獨(dú)立的智能多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng),通過單片機(jī)控制電子矩陣模擬開關(guān)的切換,可分時(shí)檢測(cè)64個(gè)點(diǎn)的溫度。每個(gè)前置機(jī)上的撥碼開關(guān)定義了本機(jī)的號(hào)碼,實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需求量,靈活配置前置機(jī)的個(gè)數(shù),本系統(tǒng)最多可帶32個(gè)。即整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)最多可以檢測(cè)2048個(gè)點(diǎn)的溫度。硬件系統(tǒng)主要由溫度傳感器、電子矩陣開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、電源電壓和程序看門狗、串行通信接口等電路組成,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 ?。?)溫度傳感器電路的設(shè)計(jì)
  本系統(tǒng)使用的溫度傳感器是DS18B20半導(dǎo)體溫度傳感器,它以PN結(jié)作為敏感元件,具有反應(yīng)快、價(jià)格低等特點(diǎn)。在正常工作時(shí)輸入端必須設(shè)置為恒流偏置,其工作電流在200uA左右。由于傳感器中PN結(jié)兩端的電壓隨溫度變化而變化,因此在系統(tǒng)中只需檢測(cè)這個(gè)PN結(jié)兩端的電壓,再將其轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)值即可。
  (2)電子矩陣開關(guān)輸入電路的設(shè)計(jì)
  為了完成對(duì)64個(gè)檢測(cè)點(diǎn)溫度的動(dòng)態(tài)檢測(cè),系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了由4片CD4052雙四選一模擬開關(guān)組成的電子矩陣開關(guān)。每片模擬開關(guān)可用來切換四條支路,設(shè)計(jì)中用兩片CD4052模擬開關(guān)完成對(duì)8個(gè)支路的行切換,分時(shí)將傳感器供電支路的正極和A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端相連,當(dāng)8個(gè)支路中某個(gè)支路被唯一接通時(shí),另外兩片模擬開關(guān)控制的8個(gè)支路列開關(guān)再分時(shí)輪流接通,依次將傳感覺器輸出的電壓值送入A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬信號(hào)輸入端,這樣組合出8×8的矩陣
  開關(guān)電路。其工作原理如圖2所示。
 ?。?)電源電壓與程序看門狗電路的設(shè)計(jì)
  為預(yù)防和減少因電源電壓的變化和程序跳飛造成死機(jī)所帶來的破壞和影響,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了由電源電壓監(jiān)測(cè)器TL7705和雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123構(gòu)成的電源電壓和程序的看門狗電路。系統(tǒng)工作時(shí)由于電源電壓的波動(dòng)可能影響89C51的正常運(yùn)行,此時(shí)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電源電壓的TL7705將發(fā)出觸發(fā)信號(hào)到89C51的第9腳,強(qiáng)迫89C51復(fù)位,使其重新初始化開始正常工作。由于TL7705自身功耗低,上電時(shí)可自動(dòng)發(fā)出復(fù)位信號(hào),因此本設(shè)計(jì)將其作為89C51的上電復(fù)位電路。另外設(shè)計(jì)還選用了74LS123雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,作為89C51單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位電路,通過對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置適當(dāng)?shù)腞C時(shí)間常數(shù),當(dāng)程序跳飛造成死機(jī)時(shí),使89C51單片機(jī)不能給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸送小于該時(shí)間常數(shù)的觸發(fā)信號(hào)時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將因超過該時(shí)間常數(shù)所規(guī)定的時(shí)間,使其輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),強(qiáng)迫89C51單片機(jī)復(fù)位,并使其重新回到初始狀態(tài)開始正常工作。其電路如圖3所示。
 ?。?)上位機(jī)與前置機(jī)串行通信接口電路的設(shè)計(jì)
  由于RS-232通信協(xié)議只允許點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信,且最大通信距離為15米,本系統(tǒng)要求用一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)管理多臺(tái)前置機(jī),由于實(shí)際應(yīng)用時(shí)通信線路距離不等,最長(zhǎng)達(dá)幾百米。根據(jù)RS-232通信要求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專用通信電路板,利用臺(tái)式計(jì)算機(jī)的串口,將RS-232串行通信接口轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行多點(diǎn)通信的RS-485串行通信接口方式。這樣,在上位計(jì)算機(jī)軟件編程時(shí),仍可直接使用串口管理多臺(tái)前置機(jī)。能實(shí)現(xiàn)RS-485通信功能的芯片很多,本系統(tǒng)選用了抗干擾能力強(qiáng)、功耗小、傳輸距離遠(yuǎn)的SN75176半雙工差動(dòng)輸出芯片,在數(shù)字信號(hào)傳輸過程中,自動(dòng)完成TTL電平與EIA電平之間的轉(zhuǎn)換。89C51單片機(jī)構(gòu)成的前置機(jī)與SN75176通信接口電路,如圖4所示。
  2.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為兩大部分,即上位計(jì)算機(jī)軟件和前置機(jī)軟件。
 ?。?)上位計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)
  上位計(jì)算機(jī)軟件采用C++完成界面設(shè)計(jì),其控制程序完成對(duì)各個(gè)分布在糧庫不同位置的傳感器的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè),并對(duì)糧庫中各點(diǎn)溫度進(jìn)行記錄、分析和打印,等等。流程圖如圖5所示。
 ?。?)前置機(jī)軟件設(shè)計(jì)
  前置機(jī)軟件主要包括電子矩陣開關(guān)切換的控制、A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及讀取結(jié)果和與上位計(jì)算機(jī)的串行通信。前置機(jī)軟件設(shè)計(jì)了電子開關(guān)切換后的延時(shí),以確保A/D轉(zhuǎn)換時(shí)輸入端有穩(wěn)定的電壓。由于AD574A是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時(shí)間較短,因而本系統(tǒng)對(duì)多點(diǎn)溫度檢測(cè)速度較快,是完全可以滿足大型糧庫對(duì)糧食溫度的檢測(cè)要求的。89C51單片機(jī)與上位計(jì)算機(jī)通信設(shè)定為串口工作模式二的多機(jī)通信方式,并以中斷方式完成。下面給出了該主程序和電子矩陣控制程序的流程圖,如圖6所示。
  3.結(jié)語
  本系統(tǒng)用DS18B20溫度傳感器、89C51單片機(jī)構(gòu)成的多點(diǎn)溫度測(cè)量前置機(jī),使用普通臺(tái)式計(jì)算機(jī)為多臺(tái)前置機(jī)管理的上位計(jì)算機(jī),這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,人機(jī)界面友好,方便實(shí)用。經(jīng)過多家糧庫使用性能穩(wěn)定可靠,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
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