鐵路低壓配電溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：在鐵路配電設(shè)備運行過程中，配電設(shè)備經(jīng)常發(fā)熱，要用到溫度的檢測及控制，溫度是配電過程中普遍重要參數(shù)之一。本設(shè)計利用單片機AT89S51組成的溫度控制系統(tǒng)，從硬件和軟件兩方面介紹了單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計思路。它可以實時的顯示和設(shè)定溫度，實現(xiàn)對溫度的自動控制，當(dāng)溫度值超出上限時自動報警，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、控制精度高。

關(guān)鍵詞：鐵路配電；AT89S51；DS18B20；溫度探測控制

隨著鐵路配電技術(shù)發(fā)展和需要，測溫技術(shù)也在不斷地改進和提高。由于測溫范圍越來越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測溫儀器，現(xiàn)實社會發(fā)展的許多情況下需要測量溫度參數(shù)。

1 電路的總體方案設(shè)計

本文的主要工作是研究與設(shè)計一種基于AT89S51的溫度檢測系統(tǒng)，使之應(yīng)用于鐵路電力配電柜及箱變式變壓器等配電方面，在實用中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

該溫度測量系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的實時測量與顯示，具有溫度超限報警功能等。系統(tǒng)包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計部分包括單片機控制芯片，溫度測量電路，溫度顯示電路，報警電路和溫度控制電路，軟件設(shè)計部分包括相應(yīng)信號采集與處理程序及單片機接口子程序等，實現(xiàn)實時測溫、顯示、控制與報警功能。

溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機作為微處理單元進行控制。采用4個鍵把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號與單片機里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。

2 溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 時鐘（晶振）電路

時鐘電路就是提供單片機內(nèi)部各種操作的時間基準的電路，沒有時鐘電路單片機就無法工作。此次設(shè)計中，我們采用由內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘的方法形成時鐘電路。

內(nèi)部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作定時元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率fosc=6MHz，則時鐘頻率=3MH2，因此，時鐘是一個雙向信號，由P1相和P2相構(gòu)成。fosc可在2MHZ-12MHZ選擇。小電容可以取30PF左右。

2.2 DS18B20總體簡介

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。

2.3 DS18B20接口電路

在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。我們采用的是這種連接方法，把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機的13管腳連接，再加上上拉電阻。

2.4 鍵盤接口電路

本系統(tǒng)有重新設(shè)定上下限的功能，故需要鍵盤來鍵入。我們采用4個鍵的鍵盤通過按下不同的按鍵可實現(xiàn)實時顯示溫度和刷新溫度限值。

用AT89S51的P2口接4個鍵鍵盤，以P2.1-P2.4接K1-K4鍵，無按鍵按下時，P2.1-P2.4處于高電平狀態(tài)，有鍵按下時，與K1-K4對應(yīng)P2.1-P2.4的電平狀態(tài)為低。鍵盤輸入的信息主要進程是：

（1）單片機通過中斷查詢的方式檢查P2.0-P2.4是否有處于低電平狀態(tài)的，若有，則判斷為有鍵按下；（2）由于單片機端口與4個按鍵有對應(yīng)關(guān)系，故通過判斷哪個端口處于低電平狀態(tài)，則說明相應(yīng)的鍵是按下的。

2.5 溫度控制電路和報警電路的設(shè)計

溫度檢測系統(tǒng)由DS18B20采集的溫度信號，轉(zhuǎn)換輸出與某溫度值相對應(yīng)的二進制8位BCD碼，傳輸給AT89S51單片機，經(jīng)其計算、轉(zhuǎn)換出的實測溫度值與設(shè)定上限值比較，若溫度值超限，則單片機控制蜂鳴器，使它發(fā)出報警聲，若是高于上限值就啟動制冷器，使溫度恢復(fù)到正常范圍，從而實現(xiàn)了報警、控制功能。

2.6 顯示電路的設(shè)計

根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為，數(shù)顯LCD，點陣字符LCD，點陣圖形LCD在此設(shè)計中我們采用點陣字符LCD，這里采用常用的2行16個字的1602液晶模塊。

溫度檢測系統(tǒng)中，AT89S51單片機的并口P0與LCD1602的8位雙向數(shù)據(jù)線相連接，通過并口輸入或輸出數(shù)據(jù)或指令，從而實現(xiàn)溫度顯示功能，基本操作時序如下。

讀狀態(tài)輸入：RS=L，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=狀態(tài)字

寫指令輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼

輸出：無

讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=數(shù)據(jù)

寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數(shù)據(jù)

輸出：無

把8根數(shù)據(jù)線和P1口連接，把3根控制線和P3.5、P3.6、P3.7連接。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅(qū)動電壓不要過大，要調(diào)節(jié)滑動變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。

3 系統(tǒng)的主程序設(shè)計

主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個控制端口的初始化工作。系統(tǒng)在初始化完成后就進入溫度測量程序，實時的測量當(dāng)前的溫度，并與設(shè)定的報警溫度上限值進行比較，信息通過LCD顯示出來。程序中以查詢的方式來重新設(shè)定溫度的上限。根據(jù)硬件設(shè)計完成對溫度的控制。按下4個鍵鍵盤上的K1鍵可以顯示設(shè)定好的溫度上限，按下K2鍵可以重新設(shè)定溫度下限。系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體流程圖如圖1。

參考文獻

[1]何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，第一版[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1993，19-24.

[2]沙占友.集成溫度傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002，84～95.