（閩南理工學(xué)院 電子與電氣工程系，福建 石獅 362700）

引言

遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)在日常的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。由于RS-485總線采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力[1]，適用于遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在20Kbps的傳輸速率以下，RS-485總線最大的傳輸距離可達(dá)到1219米[2,3]。RS-485總線只需要一對(duì)雙絞線就可以構(gòu)成多點(diǎn)采集系統(tǒng)[4]，具有布線簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此，本文采用RS-485總線進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，將檢測(cè)到的溫度通過(guò)RS-485總線傳輸至主機(jī)，進(jìn)行溫度的顯示。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

該遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要由前端溫度檢測(cè)模塊、RS-485收發(fā)模塊和主機(jī)接收通訊模塊三大部分組成，系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是將前端檢測(cè)到的溫度通過(guò)RS-485總線進(jìn)行遠(yuǎn)距離的發(fā)送，由另一單片機(jī)接收后，再通過(guò)串口傳輸至PC機(jī)進(jìn)行溫度的顯示。

圖1 遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)總體框圖Fig1 Block diagram of the remote temperature detecting system

2 前端溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

前端溫度檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)溫度的檢測(cè)，主要由溫度檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊、單片機(jī)控制模塊等部分組成。溫度檢測(cè)模塊采用單總線溫度傳感器DS18B20將檢測(cè)到的溫度發(fā)送至AT89C51單片機(jī)，并在液晶LCD1602上顯示檢測(cè)到的溫度，其總體硬件電路原理圖如圖2(a)所示。

圖2 遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路圖（a）前端溫度檢測(cè)模塊 （b）RS－485 收發(fā)模塊（c）主機(jī)接收通訊模塊Fig2 Schematic of the remote temperature detecting system(a)Front－end temperature detecting module(b)RS－485 transceiver module(c)PCreceiving communication module

2.1 溫度檢測(cè)模塊

溫度檢測(cè)模塊采用DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20采用“1－wire總線”的接口，其溫度檢測(cè)的范圍為－55℃～+125℃，精度可達(dá) 0.0625℃，最大的轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ms[5]。本系統(tǒng)中將DS18B20的數(shù)據(jù)接口DQ接到51單片機(jī)的P3.7，并給I/O線提供一個(gè)上拉電阻。

2.2 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊采用LCD1602，顯示DS18B20檢測(cè)到的溫度，為了充分發(fā)揮DS18B20的精度，顯示四位小數(shù)。

2.3 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊負(fù)責(zé)將DS18B20檢測(cè)到的溫度在LCD1602上進(jìn)行顯示，并且將數(shù)據(jù)發(fā)送至RS－485總線。

由于單片機(jī)在讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)時(shí)，每次讀取兩個(gè)字節(jié)，先讀低8位，再讀高8位，每一位代表不同的溫度加權(quán)值。因此需要由單片機(jī)控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到溫度的實(shí)際數(shù)值后，再分別將百位、十位、個(gè)位、小數(shù)點(diǎn)后四位的數(shù)值分離出來(lái)，在LCD1602上進(jìn)行顯示。

前端溫度檢測(cè)模塊的軟件流程圖如圖3所示。系統(tǒng)上電復(fù)位后，對(duì)串口進(jìn)行初始化，設(shè)置其工作方式以及波特率，然后對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫操作，將讀取到的數(shù)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的溫度值，通過(guò)串口發(fā)送至RS－485總線。

圖3 前端溫度檢測(cè)程序流程圖Fig3 Program flow of front－end temperature detection

3 RS-485收發(fā)模塊

常見的RS－485總線驅(qū)動(dòng)芯片有TI公司的SN系列，美信公司的MAX系列，為了該溫度檢測(cè)系統(tǒng)具有更好的可擴(kuò)展性，本設(shè)計(jì)選擇MAX487作為RS－485收發(fā)器。MAX487可驅(qū)動(dòng)128個(gè)節(jié)點(diǎn)，其電路圖如圖2（b）所示。MAX487的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的端控制的：當(dāng)時(shí)，MAX487處于發(fā)送狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，MAX487處于接收狀態(tài)。

在本系統(tǒng)中，由前端溫度檢測(cè)模塊采集并處理后的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一片MAX487驅(qū)動(dòng)后發(fā)送到485總線，經(jīng)遠(yuǎn)程傳輸后，由另一片MAX487接收，傳輸給與上位機(jī)進(jìn)行通訊的單片機(jī)。

4 主機(jī)接收通訊模塊

4.1 溫度數(shù)據(jù)模塊

經(jīng)過(guò)處理的溫度數(shù)據(jù)由RS－485總線遠(yuǎn)程傳輸后，采用另外一片AT89C51進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的接收。單片機(jī)將接收到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送到上位機(jī)（PC機(jī)）。在單片機(jī)與PC機(jī)之間需要接入一個(gè)MAX232，以實(shí)現(xiàn)TTL-RS232的電平轉(zhuǎn)換。溫度數(shù)據(jù)接收模塊的電路圖如圖2（c）所示，串口的波特率設(shè)置為9600，程序流程圖如圖4所示。

圖4 接收溫度模塊程序流程圖Fig4 Program flow of temperature receiving module

4.2 PC串口通訊模塊

在PC機(jī)上，采用Visual C++6.0平臺(tái)，結(jié)合ActiveX通信控件 （Microsoft Communications Control，version 6.0）實(shí)現(xiàn)串口通訊。

人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)如圖5所示，設(shè)置了五個(gè)功能按鍵：打開串口，開始接收，停止接收，清除內(nèi)容，關(guān)閉串口；界面右邊的編輯框顯示了接收溫度的時(shí)間以及當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度。點(diǎn)擊“打開串口”按鈕后，再點(diǎn)擊“開始接收”，前端實(shí)時(shí)檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)就可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示（如圖5所示），以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)。

圖5 PC機(jī)接收到的溫度數(shù)據(jù)Fig5 The temperature data of PCreceived

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)以溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度，采用51單片機(jī)作為控制單元，將所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)RS485收發(fā)器，經(jīng)過(guò)RS485總線傳輸；同時(shí)，在PC機(jī)上編寫VC++面向?qū)ο蟪绦颍瑢?shí)現(xiàn)與單片機(jī)的串口通訊，最終實(shí)現(xiàn)溫度在PC機(jī)上顯示。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于工業(yè)控制環(huán)境的復(fù)雜性，必然存在噪聲，因此數(shù)據(jù)可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，可以進(jìn)一步在保證系統(tǒng)效率的前提下，設(shè)計(jì)濾波算法，保證數(shù)據(jù)的正確。

[1] 何青,胡漢春,代剛,張邦力.基于RS-485總線的PC機(jī)與單片機(jī)串行通訊仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2011,24(1):147-148.

[2] 秦貞臻,于斌.簡(jiǎn)述RS-485的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化,2011(4):26.

[3] 李良.影響RS-485總線可靠性的因素 [J].內(nèi)江科技,2011(1):53,74.

[4] 甕嘉民,任鵬飛.基于Proteus的RS-485總線系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)[J].河南科學(xué),2012,30(2):227-230.

[5] 趙亮,侯國(guó)銳.單片機(jī)C語(yǔ)言編程與實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2003:307-308.