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引言 在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，雖然可以利用串行通信標準RS232和RS485等實(shí)現短距離監測，但遇到高溫、高噪聲或者空間狹小等溫度環(huán)境時(shí)，由于協(xié)議自身傳輸速率和傳輸距離的限制，很難達到實(shí)現遠程、實(shí)時(shí)監測的目的。為徹底解決該問(wèn)題，本系統采用 MICROCHIP公司的以太網(wǎng)接口模塊ENC28J60，將溫度信息通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò )傳輸到遠程主機，實(shí)現高速、實(shí)時(shí)的遠程溫度監測。 1 系統結構 如圖1所示，系統由溫度傳感器、報警電路、LCD顯示電路、ATmegal28單片機、ENC28J60接口模塊、網(wǎng)絡(luò )設備以及監測計算機等部分組成。系統的核心是Atmel公司的高檔8位AVR單片機ATMegal28，晶體振蕩頻率為 11．059 2 MHz，實(shí)現與計算機間的精確通信。AT—Megal28具有128 KB的系統內可編程FLASH，4 KB的SRAM和4 KB的EEPROM。由于其存儲器空間較大，故不需外接存儲單元就可以滿(mǎn)足LCD字庫和TCP／IP數據幀的存儲需要。 
在對小范圍溫度進(jìn)行監測時(shí)，通過(guò)把兩個(gè)溫度傳感器放置在相對的兩側，對所測得的兩溫度取平均數就得到該環(huán)境的平均溫度。 2 硬件系統設計 2．1 溫度采集傳感器DSl8820接口電路 DSl8820芯片是美國DALLAS公司推出的一種單線(xiàn)數字式溫度傳感器，采用1一wire總線(xiàn)接口，抗干擾性強，測溫范圍為一 55～+125℃，精度可達±0．5℃，最大轉換時(shí)間為200 ms。DS18820能夠直接讀取被測物體的溫度值，體積小，電壓適用范圍寬(3～5 V)，用戶(hù)還可以通過(guò)編程實(shí)現9～12位的溫度讀數，即具有可調的溫度分辨率。DSl8820與單片機的接口簡(jiǎn)單，只需將信號線(xiàn)與單片機的一位雙向端口相連即可。如圖2所示，系統中DSl8B20采用外接電源方式，VDD端用3～5．5 V電源供電。由于其測溫分辨率較高(12位)，因此對時(shí)序及電特性參數要求較高，必須嚴格按照時(shí)序要求操作。其數據的讀寫(xiě)是由主機讀寫(xiě)特定時(shí)間片來(lái)完成的，包括初始化、讀時(shí)間片和寫(xiě)時(shí)間片等。
2．2 以太網(wǎng)遠程接口模塊ENC28J60 MICROCHIP公司生產(chǎn)的ENC28J60以太網(wǎng)接口模塊是帶有SPI接口和剛45接口的獨立以太網(wǎng)控制器，SPI接口最高速度可達10 Mb／s；具有兼容IEEE 802．3，集成MAC和10 BASE—T PHY，支持全雙工和半雙工模式，可編程填充和CRC生成，內含8 KB發(fā)送／接收數據包雙端口SRAM，可實(shí)現硬件管理的循環(huán)接收FIF0，硬件支持IP校驗和計算等多方面的優(yōu)點(diǎn)。該模塊體積小，傳輸速率高，可完全滿(mǎn)足對溫度實(shí)時(shí)監測的要求。 ENC28J60接口模塊通過(guò)RJ45網(wǎng)線(xiàn)接口、交換機等網(wǎng)絡(luò )設備接入網(wǎng)絡(luò )，其通過(guò)SPI接口與AVR單片機連接，在程序配置、控制下與以太網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據幀交換，與遠程主機進(jìn)行基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的數據傳輸，根據不同需要可采用高速的UDP通信或者穩定可靠的 TCP通信。 2．3 LCD顯示功能 LCD采用12864型，共有128行，64列。主要顯示的內容包括：當前時(shí)間，格式為年／月／日／時(shí)／分／秒；設定溫度和采樣溫度；時(shí)間和溫度設定界面；當前溫度曲線(xiàn)顯示等。本系統可以動(dòng)態(tài)地在LCD上顯示溫度變化曲線(xiàn)，由于LCD顯示范圍的限制，其精度為2℃／格，時(shí)間范圍為2min，使用者可以了解溫度在此時(shí)間段內的變化情況。 3 軟件系統設計 3．1 遠程TCP／IP協(xié)議通信系統設計 程序流程如圖3所示。
3．2 LabVIEW上位機設計 上位機程序采用美國NI公司的圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)ab—VIEW7．1編寫(xiě)，系統總體界面如圖4所示，后臺控制程序如圖5所示。 按照功能模塊劃分可分為：UDP／TCP通信模塊、數據包解析模塊、溫度數據顯示和存儲模塊等。
4 結論 在ENC28J60以太網(wǎng)接口模塊的基礎上，實(shí)現AVR單片機與遠程PC主機進(jìn)行遠程溫度信息傳輸的遠程溫度監測系統，主要優(yōu)點(diǎn)為：系統以溫度為主要參數，采用高檔AVR系列單片機和數字溫度傳感器DSl8820進(jìn)行1一wire通信，單總線(xiàn)上可掛多個(gè)傳感器，降低了引腳消耗；單片機控制系統自動(dòng)運行，能夠與遠端PC機進(jìn)行TCP／UDP高速通信，系統實(shí)時(shí)性好；人機交互界面均由Lab—VIEW軟件開(kāi)發(fā)，數據分析處理方便，界面友好美觀(guān)；作為監測系統，有效利用普遍分布的網(wǎng)絡(luò )資源，成本較低，可以作為獨立器件方便地接人局域網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行遠程監控。除用于溫度監測外，在系統中的AVR單片機外圍接入控制電路、其他性能的傳感器甚至攝像頭等，還可以實(shí)現多種其他特殊需要的遠程監測及控制，如水位監測、視頻監控等，具有十分廣闊的應用前景。 參考文獻 1. 查明華 ATMEL ATMEGA128新型微控制器及應用 [期刊論文] -工業(yè)控制計算機2002(10) 2. 李震.洪添勝.黎嘉銘 基于 AVR單片機和LabVIEW的水溫控制系統 [期刊論文] -計算機工程與設計2007(3) 3. 金偉正 單線(xiàn)數字溫度傳感器的原理與應用 [期刊論文] -電子技術(shù)應用2000(6) 4. 侯國屏.王珅.葉齊鑫 LabVIEW7.1 編程與虛擬儀器設計 2005 5. 丁易新 OCMJ圖形液晶顯示器與AVR單片機的接口設計 [期刊論文] -電子工程師2005(4) 6. 朱余清.吳偉斌.洪添勝.I.A.M.Khalid.陳海生 基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動(dòng)機測功系統 [期刊論文] -廣西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004(4) 作者：南京郵電大學(xué) 卞曉光 周西峰 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C與嵌入式系統應用 2009 (3) |
