多路温度测量的价值综述

多路温度测量的价值综述

作者:朱文超 刘艳辉 王芳 单位:广东省台山市气象局 广东省开平市气象局

在本设计中共使用两片单片机,分别来控制数据采集发射和数据接收显示两个设计部分。系统中数据采集转换单元用来采集转换模拟温度数据量;无线通信单元用来实现数字信号的无线远距离传输;译码显示单元进行适时的温度数据显示,并且,在显示译码单元中附加温度异常时的声光报警系统[4-6]。温室控制系统工作流程从设计的总体思路出发,要求设计能实现整个系统的各项功能。在这里有必要从整体上设计分析整个系统数据是怎么实现从数据采集到无线传输,再到最终显示数值的整个过程。系统工程流程如图2所示。

温室数据处理及功能实现

1数据采集转换单元设计温度数据的采集转换是整个系统设计的最为核心任务之一。本单元设计的主要设计任务为:温度数据采集传感器选用及对所选传感器前端处理电路的设计;多个温度传感器在测温环境中合理布线的分布结构的设计;采集数据的A/D转换单元的设计;数据采集转换整个单元的软件设计。

1.1温度处理电路的设计如图3所示电路的设计中虽然比一般的处理电路复杂一些,但是却能很好的达到较宽测量范围,能够很好达到本系统的设计要求。图3中AD590即为本系统使用的集成室温温度传感器,电位器R2用于调整零点,R4用于调整运放LF355增益。调整方法如下:在0℃时调整R2,使输出V0=0,然后在100℃时调整R4使V0=100。如此反复调整多次,直至在0℃时,V0=0mV,100℃时V0=100mV为止。最后在室温下进行校验。若要使图3中的输出为200mV/℃,可以加大反馈电阻的阻值去达到要求。在测华氏温度时要用热力学温度减去255.4再乘以9/5,故若要求输出为1mV/F,则调整反馈电阻应为180kΩ,使得温度为0℃时,V0=17.8mV;温度为100℃时,V0=197.8mV。

1.2温度传感器检测分布方式本系统采用的是多点温度检测,其分布方式采用的是常用的梯形式多点检测分布,如图4所示。其特点是每一根引线始端串接有一个采样电阻R,用于将AD590输出电流信号转换成电压。把每一根引线沿梯形向下折弯,再与其下面引线的横向段相交错(不相交)。在每个交错处接上相互反向的两只AD590。这种结构可以使引线上挂接的AD590数目提高将近一倍[7-9]。

2整个数据采集转换单元硬件电路实现如图5所示为发射端硬件电路,由于在本设计系统当中C51单片机的I/O足够满足设计当中的各个管线的接口,所以没有必要再进行I/O口扩展。数据采集和处理的实现过程如下:数据的采集主要对8个通道的模拟信号轮流采集一次,采用软件延时法读取转换结果,并依次把转换结果存入数组中。在本系统中P2.4、P2.5、P2.6分别接ADC0809的A、B、C口,通过设置P2.4、P2.5、P2.6的值就可以决定采集的通道,其对应译码表如表1所示,首先对第一输入通道的模拟信号进行A/D转换,将结果存入数组。然后通道数加1,然后单片机再向A/D转换器发出采集指令,将第二路采集的温度数据同样存入数组,直至8路通道数据采集完毕。每采集完一个通道后,用软件延时一段时间,以便后续处理。单片机不断通过P1.4查询标志状态,其地址表见表1。

3数据采集转换单元的软件实现通过对硬件电路的完善,电路在硬件上基本上能够实现所需要的功能,但还必须从软件上对整个发射数据采集端实现控制,在实际调试过程中采用C51调试软件,在这里通过软件程序图来说明系统软件设计工作过程,其中数据采集A/D转换的程序流程如图6所示。软件流程具体工作实现过程设计如下:当温度传感器传输的信号经过处理电路处理后,传输到A/D接口处的信号为便于芯片处理的电压信号,同时,数据处理开始,设置通道0的参数,对通道0的模拟信号进行数据模拟/数字转换,将所转换的数字数据存入预先设定的数组中,这时,通道0的地址加1,则进入通道1的数据采集,同样进行A/D转换,存储转换过的数字信号,通道地址仍继续加1进入下一个通道采集数据,直到所有的8路通道的数据都采集转换完成,然后返回,等待下一轮的数据扫描采集[10,11]。

通信功能的实现

1无线通信硬件电路设计SRWF-1为RF收发芯片,ISM频段工作频率,不需要申请频点,载频频率为429~433MHz,也可提供315/868/915MHz等载频,非常适用于无线数据传输,它可以直接和单片机的串口相连而不需要对数据进行曼彻斯特编码,编程简单,使用方便,在该设计的无线测温系统中,只需要用单片机上的TXD和RXD通过串口和SRWF-1引脚上的RXD和TXD相连接,并且接上电源和地,其他的管脚引线可以悬空不接。便可实现数据的无线收发,管脚接线方式如图7所示。在本设计中,我们所选择使用的为COM2连接方式,因此在使用调试的时候,COM2的两个连接管脚应进行悬空,这样就能避免数据传输的紊乱。

2无线通信单元的软件的实现按照图2SRWF-1的无线发射模块和无线接收模块分别与发射端和接收端单片机对应的管脚相连接,在这里我们把发射端的无线模块称为A,把接收端的模块称为B。在发射端A发送时,要先发送AA信号,在B收到信号后,回复BB信号,表示同意接收信号。在A收到回复信号BB后,开始发送数据,数据块在发送数据结束后马上发送校验和。B机接收数据并将接受的数据存储在数据缓冲区中,接受一个数据就计算一次校验和,在接受完数据块后,再接收A机发来的校验和,并与B机的校验和比较。若两者相等,则接收正确,B机回答00H;若不等,则接收错误,B机回答0FFH[1,2]。A机收到00H的回答后,结束发送。若收到的答复非零,即OFFH,则将数据重发一次。双方约定的波特率若为1200bit,则查表可知,在双方的fOSC=11.0592MHz情况下,T1工作在定时器方式2,TH1=TL1=0E8H,PCON寄存器的SMOD位为0。

数据接收显示功能

数据接收显示功能硬件设计如图8所示,组成了接收显示单元的整体硬件电路图。在本设计中,同样设计了串口来对接收端的无线模块进行连接控制;P2.2用来控制当温度超过一定数值时,点亮报警电路中LED报警;P2.3~P2.7用来进行LED显示单元位控,整个P0口用来输送将要显示的字符段。51单片机的外接口电路如图8所示。#p#分页标题#e#

结束语

本系统的硬件设计和软件设计能够比较好的实现对室温的多路多点的检测,对实际生活及生产具有一定的使用价值,尤其对温室处理及相关产业的发展有一定的影响。该系统的创新点就是利用多点AD590温度传感器实现对室温的检测及对相关数据的处理,能够比较好地达到室温控制效果。