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目前市面上生產(chǎn)的大多數溫度監控系統均采用RS 485通信方式，存在著(zhù)監控范圍小、布線(xiàn)繁瑣等局限性。而當今世界Internet技術(shù)飛速發(fā)展，為建立基于In-ternet的遠程多點(diǎn)溫度監控系統創(chuàng )造了條件。將以單片機應用系統為核心的嵌入式設備體積小，成本低與Inter-net應用廣、傳遞速度快的特點(diǎn)結合起來(lái)，構建出方便、快捷、經(jīng)濟的遠程多點(diǎn)溫度測控系統不僅降低了成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，而且突破了RS 485等傳統通信方式的時(shí)空限制和地域障礙，使大范圍內的溫度監控變得容易。這里設計的多點(diǎn)溫度監控系統控制范圍大且利用現有網(wǎng)絡(luò )，不必重新布線(xiàn)，可有效實(shí)現對溫度的遠程監控。 1 系統硬件設計 整個(gè)遠程多點(diǎn)溫度監控系統分為上位機和下位機兩大部分： 上位機為遠端監控模塊，含PC機內人機交互界面、聲光報警系統和打印機等。主要是在Windows環(huán)境下通過(guò)VB開(kāi)發(fā)上位機以太網(wǎng)通信軟件，具有以下功能： 數據采集及分析：實(shí)時(shí)監測溫度數據并繪制溫度變化曲線(xiàn)圖，以便對溫度變化進(jìn)行直觀(guān)分析。 系統設置 在線(xiàn)設置溫度上下限值。 溫度報警可根據設定好的溫度上下限值判斷是否觸發(fā)聲光報警。 遠程控制 根據已設溫度上下限值判斷是否遠控空調機進(jìn)行現場(chǎng)溫度調節。 下位機為現場(chǎng)監控設備，包括測溫模塊、處理控制模塊和Internet通信模塊三大部分。 整個(gè)系統的結構框圖如圖1所示，下面對各模塊作分別介紹。 (1)測溫模塊。該模塊使用6片Dallas最新數字溫度傳感器DS1825構建多點(diǎn)溫度測量網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)單總線(xiàn)連接到MCU通用I／O口。由于每片DS1825都有其單獨的識別碼，MCU通過(guò)單總線(xiàn)規定的時(shí)序要求就能與溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，獲取每片DS1825內的溫度信息。DS1825是美國Dallas半異體公司繼DS18820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能數字溫度傳感器，與傳統熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實(shí)際要求通過(guò)編程實(shí)現9～12位的數字值讀數方式；可以分別在93．75 ms和750 ms內完成9位和12位的數字量采集；從DS1825讀出信息或寫(xiě)入信息僅需要1根口線(xiàn)(單線(xiàn)接口)；溫度變換功率來(lái)源于數據總線(xiàn)，該總線(xiàn)本身也可向所掛接的DS1825供電，而無(wú)需額外電源。使用DS1825可使整個(gè)系統結構更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。在此設定的DS1825分辨率為12位模式，即0．062 5℃。 實(shí)際溫度=溫度整數部分+溫度小數部分×0．062 5 (2)處理控制模塊。處理控制模塊由MCU控制器、1602 LCD液晶顯示器、外部數據存儲器24C04、穩壓電源、時(shí)鐘振蕩電路、蜂鳴器、鍵盤(pán)矩陣和由繼電器控制的空調機等組成。MCU采用美國Atmel公司的8位C51單片機AT89S52，片內含8 KB的E2PROM和256 B的RAM。該處理控制模塊的工作過(guò)程為：上電完成初始化后，MCU讀取存儲在外存24C04中的上次已設置好的溫度上下限值和保存的采樣間隔值，然后進(jìn)入主循環(huán)。根據采樣間隔時(shí)間，MCU讀取各數字溫度傳感器DS1825內溫度數據，同時(shí)點(diǎn)亮LCD以便顯示當前所測溫度值，并根據已設置好的溫度上下限值來(lái)確定是否驅動(dòng)蜂鳴器報警且控制空調機工作進(jìn)行溫度調節。本模塊有良好的交互性能，利用鍵盤(pán)中斷可在線(xiàn)隨時(shí)設置溫度上下限值、采樣間隔時(shí)間值并可將這些數據保存至外存中。該模塊電路圖如圖2所示。 (3)Internet網(wǎng)絡(luò )通信模塊。要使單片機嵌入式系統接入Internel網(wǎng)絡(luò )，必須解決以太網(wǎng)的接入問(wèn)題，就要用到專(zhuān)門(mén)的以太網(wǎng)控制器。本系統采用MCU+TCP／IP協(xié)議芯片相結合的Internet接入方案。具體來(lái)說(shuō)：采用RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片，利用10Base-T布線(xiàn)標準通過(guò)雙絞線(xiàn)進(jìn)行和上位機的以太網(wǎng)通信。RTL8019AS芯片是臺灣Realtek公司的基于ISA總線(xiàn)的10Mb／s以太網(wǎng)控制器芯片，它集成了介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層(MAC)和物理層的功能，可以方便地設計基于ISA總線(xiàn)的通信系統，也可以比較簡(jiǎn)單地與單片機進(jìn)行接口。RTL8019AS內嵌TCP／IP網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，具有耗電量低、接口簡(jiǎn)單、程序設計量少的優(yōu)點(diǎn)，是用來(lái)進(jìn)行以太網(wǎng)接入Internet通信的理想芯片。系統上電后，MCU對RTL8019AS內部寄存器進(jìn)行設置和控制，完成復位和初始化后，就能正常地通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數據的收發(fā)，電路結構如圖3所示。 2 系統軟件設計 這里主要介紹關(guān)于多個(gè)DS1825的自動(dòng)搜索算法，由于系統中使用了多片DS1825構成溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )，因此，如何準確、有效地對每一溫度傳感器進(jìn)行尋址成為該系統的一個(gè)核心問(wèn)題。結合DS1825的實(shí)際特點(diǎn)和系統需要，提出如下解決方案：首先利用DS1825內部報警上限寄存器(TH寄存器)存放溫度傳感器的編號，并將其編號貼在溫度傳感器表面。由于TH寄存器具有掉電不丟失數據功能，因此，便把每片DS1825的惟一64位注冊碼及其編號一一對應起來(lái)。這一過(guò)程需要對DS1825進(jìn)行單獨編程。然后，將確定好編號的DS1825接入單線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，利用DS1825特有的單線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)搜索功能，即可搜尋到每片DS1825的注冊碼，再利用該注冊碼和相應的ROM操作指令，即可從每片DS1825的TH寄存器中讀出相應的設定編號，實(shí)現多個(gè)DS1825的尋址功能。 每片DS1825有惟一的64位注冊碼，存儲在只讀存儲器ROM中，其中低8位是產(chǎn)品的工廠(chǎng)代碼，接著(zhù)是每個(gè)器件的惟一序號，共48位，最高8位是前56位的循環(huán)冗余校驗碼。這就準許總線(xiàn)主機對總線(xiàn)上特定的DS1825進(jìn)行尋址。只有與64位注冊碼嚴格相符的DS1825，才能對后續的操作做出反應，所有與64位注冊碼不符的DS1825將等待復位脈沖。搜索算法首先通過(guò)復位和在線(xiàn)應答時(shí)隙將單線(xiàn)總線(xiàn)上所有DS1825復位。成功地執行該操作后發(fā)送1 B的搜索命令，使所有連接到單總線(xiàn)的DS1825準備就緒，開(kāi)始進(jìn)行搜索操作。搜索命令發(fā)出之后，開(kāi)始實(shí)際的搜索過(guò)程。首先，總線(xiàn)上所有DS1825同時(shí)發(fā)送注冊碼的第1位，按照單線(xiàn)總線(xiàn)特性，當所有DS1825同時(shí)應答主機時(shí)，結果相當于全部被發(fā)送數據位的邏輯“與”。DS1825發(fā)送其注冊碼的第1位后，主機啟動(dòng)下一位操作，接著(zhù)DS1825發(fā)送第1位數據的補碼。從兩次讀到的數據位可以對注冊碼的第1位做出幾種判斷，如表1所列。 然后，主機向總線(xiàn)上的所有器件發(fā)回一個(gè)指定位。如果DS1825注冊碼的當前位的值與該數據位匹配，則繼續參與搜索過(guò)程；若DS1825的當前位與這不匹配，則該器件轉換到等待狀態(tài)并保持等待狀態(tài)，直到下一個(gè)復位信號到來(lái)。其余63位注冊碼的搜索依然按照這種讀2位寫(xiě)1位的模式進(jìn)行重復操作。按照這種搜索算法進(jìn)行下去，最終除了惟一一個(gè)DS1825外，所有DS1825將等待狀態(tài)，經(jīng)過(guò)最后一輪檢測就可得到最后保留未進(jìn)入等待狀態(tài)的DS1825的注冊碼。在后續搜索過(guò)程中選用不同的路徑或分支來(lái)查找其他器件的注冊碼，即可完成所有器件注冊碼的識別。 下位機軟件采用MCS51匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，在中斷服務(wù)程序中，實(shí)現用戶(hù)輸入以及和以太網(wǎng)控制器的通信功能；在主程序中，實(shí)現溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)搜索、編號排序、獲取溫度信息等，并根據預先設定的溫度上下限值，實(shí)現相應的報警功能。由于設計中使用傳感器網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)搜索算法，因此，當對網(wǎng)絡(luò )中的溫度傳感器作出調整(如更換、添加、刪除等操作)時(shí)，系統具有很強的自適應能力。下位機軟件程序流程圖如圖4所示。 3 測量結果 網(wǎng)絡(luò )化多點(diǎn)溫度測控系統對被測對象溫度的監控結果在PC機的顯示如圖5所示，由圖可清楚觀(guān)察到溫度數據隨時(shí)間變化而變化的趨勢。 4 結 語(yǔ) 基于Internet的嵌入式多點(diǎn)溫度監控系統靈活性高、交互性強，可在線(xiàn)根據需要隨時(shí)修改溫度上下限值，系統設計開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分利用了網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與多點(diǎn)溫度監控技術(shù)相結合的方法及軟硬件協(xié)同設計的思想，采用模塊化設計，稍加裁剪改造可適用于多種不同場(chǎng)合的分布式遠程多點(diǎn)溫度智能監控系統。該系統經(jīng)實(shí)驗測試，穩定可靠，測量精度高，實(shí)時(shí)性強且充分利用了現有網(wǎng)絡(luò )，利于傳統的基于RS 485溫度監控系統快速改造為以太網(wǎng)遠程智能監控系統，取得更好的社會(huì )經(jīng)濟效益。 |
