基于PROTEUS的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

張雅娟

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

0 引言

溫度作為一個與生活息息相關(guān)的一個物理量，在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活等各個領(lǐng)域都起著重要的作用。因此，對溫度的采集具有十分重要的意義[1]。而對于某點(diǎn)溫度單獨(dú)溫度的測量和檢測，往往滿足不了某些領(lǐng)域應(yīng)用中對溫度檢測的要求。本文主要研究的是一種多路溫度采集系統(tǒng)，能夠?qū)⒏鼽c(diǎn)采集到的溫度信息通過液晶屏幕實(shí)時顯示出來，同時，當(dāng)某檢測點(diǎn)出現(xiàn)溫度異常時，能夠發(fā)出警報并顯示具體何點(diǎn)上面出現(xiàn)的溫度異常，當(dāng)溫度恢復(fù)正常范圍時，自動撤除警報[2-3]。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

多溫度采集系統(tǒng)常采用主從兩級分級系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，兩者之間通過有線通信方式來進(jìn)行相互通信。有線傳輸?shù)姆绞剑鋬?yōu)點(diǎn)是信號傳輸穩(wěn)定；缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性較差，安裝和維護(hù)比較困難[4]。系統(tǒng)選用最常見的STC89C52RC單片機(jī)，主從機(jī)之間通過RS-485總線進(jìn)行通信[5]。從機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)時采集各點(diǎn)的溫度信息，通過數(shù)碼管顯示出來，同時將溫度信息連同從機(jī)地址一起發(fā)給主機(jī)。主機(jī)收集各從機(jī)發(fā)送過來的信息，將各從機(jī)的編號和溫度信息顯示在液晶顯示屏上。主機(jī)還有時鐘芯片和存儲器件，可以存儲信息，方便記錄。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

主機(jī)硬件電路圖如圖1所示。主機(jī)主要由主控制器模塊、總線通信模塊、時鐘模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、存儲模塊、報警模塊等組成。

圖1 主機(jī)硬件電路圖Fig.1 Host hardware circuit diagram

總線通信模塊負(fù)責(zé)主從機(jī)之間信息的傳遞，使用MAX487收發(fā)芯片，其功能是將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平。MAX487芯片內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機(jī)連接時只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可[6]。MAX487有接收使能端和發(fā)送使能端，但由于芯片只能工作在半雙工狀態(tài)，無法做到同時收發(fā)，所以，將兩個使能端接到單片機(jī)的一個IO上就可以控制MAX487的工作狀態(tài)，當(dāng)IO口為邏輯0或1時，器件處于接收或發(fā)送狀態(tài)[7]。時鐘模塊負(fù)責(zé)為整個系統(tǒng)提供年～秒等時間信息，采用DS1302時鐘芯片，其通信時鐘端、數(shù)據(jù)IO端、使能控制端引腳分別與單片機(jī)的P3.5～7相連，讀取時間數(shù)據(jù)的方式類似SPI總線[8]。液晶顯示模塊采用1602液晶顯示模塊，滿足在屏幕上同時顯示多點(diǎn)編號和溫度信息的要求。存儲模塊采用24C02存儲芯片，只需要單片機(jī)的兩個IO口與其二串線SCL和SDA相連。鍵盤模塊采用的是矩陣鍵盤，鍵盤主要用來實(shí)現(xiàn)調(diào)整時間信息，切換顯示界面等功能。

2.2 從機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

從機(jī)主要由主控制器模塊、測溫模塊、顯示模塊、總線通信模塊組成。測溫模塊選用DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器，作為世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單可靠、獲取的信號精度高、資源占用少[9-10]。兩位撥碼開關(guān)用于從機(jī)地址信息的設(shè)置，可以滿足4臺從機(jī)的不同地址編碼需求，當(dāng)從機(jī)數(shù)量超過4臺以上時，只需要增加撥碼開關(guān)的位數(shù)就可以滿足系統(tǒng)的需要。

3 系統(tǒng)PROTEUS仿真

將整個系統(tǒng)在PROTEUS環(huán)境下進(jìn)行仿真，首先只設(shè)置一臺從機(jī)，將從機(jī)的地址設(shè)置為01，從機(jī)數(shù)碼管上能夠正常顯示DS18B20上設(shè)置的溫度，同時主機(jī)在LCD上1號點(diǎn)位置顯示了相同的結(jié)果，再將從機(jī)的地址設(shè)置為11，主機(jī)LCD上3號點(diǎn)位置顯示的溫度與從機(jī)顯示相同，若系統(tǒng)設(shè)置的正常溫度在22～25 ℃，各點(diǎn)溫度信息都在正常范圍之內(nèi)，系統(tǒng)正常顯示，若將DS18B20上設(shè)置的溫度低于22 ℃或高于25 ℃，在其對應(yīng)的溫度后會顯示“H”或“L”字符表示溫度過高或者過低，同時報警模塊發(fā)出警報聲。通過仿真可以看出，系統(tǒng)仿真準(zhǔn)確無誤，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，從機(jī)采集各點(diǎn)的溫度信息，通過總線發(fā)送至主機(jī)，主機(jī)將結(jié)果顯示在液晶屏幕上，同時對檢測超出設(shè)定范圍的結(jié)果進(jìn)行提示警報。系統(tǒng)簡單實(shí)用、性能穩(wěn)定，靈敏度較高，可以實(shí)現(xiàn)對多點(diǎn)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測的功能。