数字化远程温度监控系统的设计

1、第24卷第3期佛山科学技术学院学报(自然科学版Vol.24No.32006年9月Jo ur nal of Fo shan University(Natural Science EditionSep.2006文章编号:1008-0171(200603-0026-04数字化远程温度监控系统林德彬,胡学骏,余淑芳,陆敏芳(佛山科学技术学院电子信息工程系,广东佛山528000摘要:本系统是运用微机原理和串口通信技术设计的温度测控系统。系统利用单片机为下位机,PC机为上位机,采用数字化的温度传感器,配合相应的硬件,实现对八路温度进行自动循环实时监控。该系统也可以通过计算机局域网实现远程监控。关键词:串口

2、通信;温度传感器;实时监控中图分类号:T B942文献标识码:A随着社会的不断发展,人们对自动化集中调控的要求日益提高,希望能够对信息进行系统化处理。在实际的应用中,对温度测量系统的要求日趋提高,数字式的温度传感器因此而诞生。计算机技术的应用也促进了自动化集中调控技术的发展1-4。本系统采用了美国DALLAS公司推出的可组网数字式温度传感器DS18B20进行温度采集。系统利用单片机(AT89C51作为下位机,计算机作上位机,同时控制八路位于不同地址的空调开关,从而实现对现场的温度进行监测。系统不仅适用于家居空调的集中调控,也适用于工业空调监控或需要进行温度监测的地方,如粮食仓库等等。1系统构成

3、在传统的模拟信号温度测量系统中,需要后续信号处理电路,而且测量温度的准确度低,检测系统的精度差,本设计选用数字式温度传感器进行测控。计算机测控系统需要完成温度的检测、数据传送、 显示、计算机监控等内容。由于监控网络主要是由计算机和单片机组成,所以可直接利用RS-232通信,通过串行接口与计算机连接,再配合VisualBasic串口通信技术,实现在计算机中实时显示温度和曲线。这样的设计具有结构简单、可靠性高、实用性强、界面清晰、容易操作等特点。系统原理框图如图1所示。图1系统原理图上位机以数字的形式显示当前温度值,以曲线的形式对温度进行动态显示,将温度的上、下限发送到下位机,采用V isual

4、Basic6.0编程。下位机用M CS-51单片机,它完成数据采集、温度上下限处理、与上位机通信、控制输出等功能,采用汇编语言编程。手动设置即点击温度1-8前的任一Option,再按“连接”键,就可以显示对应的那一路温度变化,想改变时,按一下“停止”,再点击任意一路,就可以连接到那一路。自动设置点击“循环显示”前的Option,再按下“顺序显示”的按钮,就可以实现从第一路到第八路的温度值顺序循环显示,显示的间隔就是温度曲线图显示完成一次(20个值的时间在系统中,重新开始下一次时就显示下一路的温度曲线。收稿日期:2006-05-22作者简介:林德彬(1949-,男,广东汕头人,佛山科学技术学院实

5、验师。2硬件电路系统的硬件电路主要由CPU 、温度检测、接口和温度控制四部分组成,其中CPU 电路以AT89C51为核心,P0口为温度检测口,P1口为温度控制口;温度检测电路采用DS18B20数字式温度传感器,以数字形式直接输出被测温度值;接口电路采用RS -232串行接口通信;温度控制电路主要选用4066双向模拟开关,521-2光电耦合器和小型电磁继电器组成。该系统的工作流程如下:单片机利用RS -232通信方式,通过自身具有的串行通信口,直接接收PC 机传送下来的串行数据。串行数据分别有控制设备电源开关设值,上、下限温度设定值,八路温度进行自动循环实时监控设值。然后将所接收的各组数据进行处

6、理变为控制信号,再通过并行口输出,经过光电耦合器,控制继电器的开合,从而控制设备运行和调温。温度传感器将现场检测到的温度送到单片机的数据存储单元中,再由串行口送到PC 机操作机器界面上。硬件电路原理框图如图2 所示。图2硬件电路原理框图3软件编程3.1流程图软件编程主流程图,温度数据采集发送流程图(一至八路相同,数据处理流程图,中断服务流程图分别如图3图6 所示。图3主流程图 图4 温度数据采集发送流程图图5数据处理流程图 图6中断服务流程图3.2程序设计采用汇编语言编写单片机程序。MCS-51对串行口的控制是通过设置SCON 实现的,同时也和电源控制寄存器PCON 有关。SCON 和PCON

7、 都是特殊功能寄存器,选口地址分别是98H 和87H,如表1,2所示。27第3期林德彬等:数字化远程温度监控系统表1SCON各位的定义SM0SM1SM2R EN RB8T I R I表2PCO N各位定义位地址8E8D8C8B8A898887 PCON SM ODGF1G F0P D IDL系统中AT89C51串口控制器SCON设置为50H,SM0,SM1为0、1,在方式1下,SM2应设置为0,此时RI只有在接收电路接收到停止位“1”时才被激活成“1”,并能自动发出串行口中断请求(设中断是开放的。T I为发送中断标志位,用于指示一帧数据是否发送完毕。它在发送电路开始发送停止位时置位。TI在发送

8、前必须由软件复位,发送完一帧后由硬件置位,并发出串行口中断请求。REN为1,即允许串口接收,应使AT89C51的中断允许寄存器IE的开放或禁止。所有中断位EA为1,开放或禁止串行通信中断位ES为1,即允许串行口中断。SM OD为波特率选择位。在方式1、方式2和方式3时,串行通信波特率和2SM OD成正比。即当SM OD=1时,通信波特率可以提高一倍。3.3程序代码设计(1单击M SComm控件,在OnCom m事件编辑窗口中输入接收字符串的程序代码,所收到的数据以曲线的形式绘画在PictureBox控件中:Private Sub M SComm1OnComm(;(2单击“连接”按钮,在Clic

9、k事件中输入命令,打开通信端口:Private Sub Co mmand1Click(;(3单击“发送”按钮,在Click 事件中输入通信端口的输出命令,将位于数据设定区的对应的各路数据送出去:Pr iv ate Sub Comm and10Click(、Private Sub Co mmand11Click(,Priv ate Sub Comm and3Click(、Pr iv ate Sub Comm and4Click(,Priv ate Sub Co mmand6Click(、Pr iv ate Sub Com mand7Click(,Private Sub Comm and8Clic

10、k(、Private Sub Co mmand9Click(;(4单击“顺序显示”按钮,打开通信端口,把第一路的命令码发送出去:Private Sub Comm and12Click(;(5单击“通电”按钮,Caption属性改为“断电”,发送命令码使控制空调开关的继电器工作:Priv ate Sub Comm and2Click(;(6单击窗体的空白处,出现From Load编辑窗口中输入绘制坐标的程序代码:Private Sub For m Load(;(7单击“温度1”的选择键,设置显示框架“Fram e1”为可视化,其他框架的状态为隐藏:Private Sub Option1Click

11、(。其余七路“温度27”的选择键设定同理;(8单击“循环显示”,实现温度18的顺序循环显示:Pr iv ate Sub Optio n11Click(;(9单击“COM1”的选择键,指定使用COM1作通信传输。“COM2”选择键的设定同理:Private Sub Option9Click(、Pr iv ate Sub Option10Click(;(10定义一个子函数hexd,用于将十进制温度值转换为十六进制温度值:Private Function hex d(ByVal strbuf As StringAs Byt3.4界面设计本设计要建立一个可以发送命令,而当对方发送数据过来时,系统自动判

12、断,并以数字和线条显示结果的工程。界面设计的操作步骤如下:(1新建1个Visual Basic工程,并在窗体上放置1个MSCom m 控件,作为串行通信的通道,按下F4键调出属性窗口,更改Settings属性为“2400,N,8,1”;将InputM ode 属性设为1,使其以二进制的方式接收数据;将Rthreshold属性设为4,意思就是外界发送4个字节,才会引发事件;(2放置9个Fr ame控件,按下F4键调出属性窗口,Captio n属性分别改为“温度18实时数据曲线图”、“选择通信端口”;(3置8个OptionButto n控件,按下F4键调出属性窗口,Caption属性分别改为“温度

13、18”;再在其中一个Frame控件上放置2个OptionButton控件,按下F4键调出属性窗口, Caption属性分别改为“COM1,COM2”,还有1个OptionButton控件,按下F4键调出属性窗口,Caption 属性改为“循环显示”;(4在其余8个Frame控件上分别放置8个PictureBox控件,本设计将会把接收到的数据以线条的方式绘在该PictureBox控件上。按下F4键调出属性窗口,将Nam e属性分别改为“Graph18”,并将BackColo r属性改为较浅的颜色,以便产生对比;(5放置12个Co mmandButton控件,其中8个分别放在8个Frame控件上,

14、按下F4键调出属性窗口,Caption属性改为“发送”;其余3个放在窗体上,Caption属性分别改为“连接”、“停止”、“通电”、“顺序显示”;(6放置24个Tex tBox控件,其中8个放在窗体上,用来显示接收到的数据;其余每两个一组分别放在8个Fram e控件上,用于数据的输入;(7放置若干个Label控件,按下F4键调出属性窗口,分别更改Caption属性。按以上的步骤所设计出的计算机控制调温系统窗体如图7所示。28佛山科学技术学院学报(自然科学版第24卷 图7计算机控制调温系统窗体4结论该系统实现八路温度数据在计算机与单片机之间的串行通信,温度数据和变化曲线实时显示在计算机的界面上。

15、它的技术方案,对建立温度远程测量控制系统将起到较好的作用,使之变得简单、精确、可靠。该技术可以适用于小型冷库、粮仓等的温度测控系统。参考文献:1沙占有.智能化集成温度传感器原理及应用M .北京:机械工业出版社,2002:7.2黄柱深,黄超麟.基于PL C 的高精度温度控制系统J.机电工程技术,2006,(2:65-66.3周丽梅,薛钰芝,林纪宁.高精度智能温控系统的设计与实现J .大连铁道学院学报,2005,(3:49-53.4金伟正.单线数字温度传感器的原理及应用J .电子技术应用,2000,6.The design of digital system for temperaturemeas

16、uring and control of far distanceLIN De -bin ,HU Xue -jun ,YU Shu -fang ,LU M in -fang(Departm ent o f Electr o nical Engineer ing ,F oshan U niver sity ,F oshan 528000,ChinaAbstract :It is a practical and contr ollable sy stem w hich utilize the principles of micro -controller unit and serial co mmunicatio n theories.It makes use of m icro-contro ller unit and the personal computer w ith the relev ant hardw