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[導讀]RS一485總線由于平衡差分傳輸?shù)奶匦裕哂锌垢蓴_能力強,傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現(xiàn)多站遠距離通信,組網(wǎng)方便,成本低廉,因此在工業(yè)控制領域得到廣泛應用。

引言

RS一485總線由于平衡差分傳輸?shù)奶匦?,具有抗干擾能力強,傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現(xiàn)多站遠距離通信,組網(wǎng)方便,成本低廉,因此在工業(yè)控制領域得到廣泛應用。

本系統(tǒng)是基于RS一485總線的遠程多路溫度監(jiān)測、控制系統(tǒng),上位機是一臺PC,下位機是多個以AT98S51為控制器的溫度傳感器。工作時,下位機會向上位機發(fā)出本機地址和詢問預置溫度的請求。上位機獲得下位機地址后,就知道那些地址的下位機已啟動并根據(jù)請求把相應的預置溫度發(fā)給下位機,此后每隔一定時間逐一詢問已啟動的下位機測定的溫度信息,獲得溫度值后存入數(shù)據(jù)庫并實時顯示當前各路傳感器測定溫度,當溫度過高時,會告警提示。下位機獲得預置溫度后,開始對傳感器的數(shù)據(jù)采集和溫度測量。當溫度低于預置溫度時,接通加熱器加熱溫度,溫度過高時,接通制冷設備加速降溫,同時把溫度信息傳回上位機,溫度超出范圍后,還會以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數(shù)據(jù)庫,并實時顯示,系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)庫管理、溫度變化曲線繪制等功能。當下位機掉電重啟后,會向上位機重新問詢獲得掉電前的預置溫度。 溫度監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器電路、信號調(diào)整電路、A/D采樣電路、控制電路、監(jiān)控主機組成。基本工作原理是:傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出,經(jīng)調(diào)整電路變換到TTL電平、由A/D采樣后將數(shù)字量送給單片機控制電路,單片機根據(jù)開機時上位機傳來的設定溫度判斷作何種控制,如溫度未到設定溫度,經(jīng)驅(qū)動控制繼電器閉合接通加熱器,如溫度過高則接通制冷設備加速降溫。單片機還將所測溫度在數(shù)碼管上顯示,并在上位機詢問時把測量溫度送到上位機入庫。系統(tǒng)框圖如下圖1。

系統(tǒng)實現(xiàn)

硬件設計

AT89S51是ATMEL公司的可在線編程的單片機,它價格低廉,且支持在系統(tǒng)編程(ISP),方便設計者開發(fā)調(diào)試。溫度傳感器選用NS公司生產(chǎn)的L=M35,它具有很高的工作精度和較好的線性工作范圍,測溫范圍為一55℃~+150℃,完全適用于一般的測溫場合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比,無需外部校準即可提供1/4℃的測量精度。信號調(diào)整電路將傳感器電路輸出的變化范圍為2V左右的直流電壓,調(diào)整為TTL電平,以便與A/D兼容。由于單片機IO口有限,在對測溫實時性要求不是太高的情況下,A/D變換采用8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832,它與單片機的IO連線只有三根,減少了IO占用量。四個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端都接到單片機P1口,控制端由P2[3..0]控制,利用定時器中斷觸發(fā),每次只接通一個數(shù)碼管,顯示相應數(shù)值,利用分時顯示在數(shù)碼管上顯示溫度值。當溫度變化時,A/D采集調(diào)整電路輸出電壓值,送單片機,單片機根據(jù)采樣值判定溫度,通過數(shù)碼管顯示溫度值并回饋上位機。原理圖如圖2所示。

軟件設計

下位機軟件設計

下位機的軟件是在Keil uVisiml2下,使用C語言開發(fā)的。下位機的軟件設計中,主要解決三個問題:一是ADC0832的控制位寫入。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊,在時鐘上升沿寫入配置字即可,但按此方法始終不能正確讀出數(shù)據(jù),后來經(jīng)過試驗,在寫入配置字的每一位后,還要在負跳變前把數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn),配置字才能正確寫入。二是數(shù)碼管上溫度值的顯示。最后采用中斷方案,每隔10ms進入中斷程序,循環(huán)選通各個數(shù)碼管,分時顯示對應的數(shù)字值。三是A/D采樣數(shù)據(jù)的處理,為避免因干擾而造成A/D采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續(xù)采樣七次,去掉最高值和最低值,其余五次取平均值來獲得A/D采樣的數(shù)字量。

經(jīng)測量,0V對應的溫度為0℃,,5V時對應的溫度為1 25℃,則比例因子K=0.04V/℃。每個數(shù)字量對應的電壓值為20mV,則數(shù)字量變化與溫度變化比例關系K1=2數(shù)字量/℃,利用此比例因子就可由數(shù)字量得到當前溫度。

上位機軟件設計

本系統(tǒng)為主從式監(jiān)控系統(tǒng),主機(即上位機)在向下位機發(fā)預置溫度啟動下位機后,輪詢不同地址碼的從機,獲得溫度值,存入數(shù)據(jù)庫并在主界面顯示。從機接收到主機預置溫度后啟動,每次主機詢問溫度值時回送測量溫度值。如出現(xiàn)掉電后重啟的情況,從機向主機發(fā)出重置請求,要求主機重發(fā)預置溫度。上位機的通信軟件開發(fā)采用Borland公司的C++Builder5.O,它的集成RAD開發(fā)環(huán)境可以幫助開發(fā)人員快速高效地開發(fā)出高質(zhì)量的程序。在C++Builder中對串口進行編程可以使用Mscomm控件加快開發(fā)進度。它是一個ActiveX組件,不在C++Builder。安裝中提供,可以在裝有VC6.0的PC上獲得,拷貝到本機上注冊后,在C++ B u il d e r下,先是在菜單的Compotlent選項中導入ActiveX控件,再Install Packages后就可以在ActiveX面板中看到并使用它了。

數(shù)據(jù)庫采用微軟的ACC:ESS數(shù)據(jù)庫,使用ADO數(shù)據(jù)引擎;C++Builder在ADO面板中提供了完備的ADO開發(fā)控件,實現(xiàn)了通過鼠標操作就能實現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫、編輯數(shù)據(jù)內(nèi)容、顯示數(shù)據(jù)等一些基本數(shù)據(jù)庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線便于操作員管理。

總線通信格式設置

上位機下位機之間的串行通信采用RS一485標準接口,PC端接一個RS232/485的轉(zhuǎn)換器,就實現(xiàn)RS485總線控制了。在通信頻率1200bps的情況下,有效通信距離為1.2km。由于有多個從設備并聯(lián)在485總線上,所以要制定嚴格的通信格式,表1是用到的通信協(xié)議。

結(jié)語

筆者設計了一種基于RS485總線的溫控系統(tǒng)。此系統(tǒng)投資少,架設簡單、可擴展性強,大大減輕管理者的負擔,實現(xiàn)了工業(yè)控制自動化。目前在多個場所得到了具體應用,其測溫精度在0.5℃以內(nèi),系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定,無通信故障。

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