電子發燒友App
引言
ＲＳ一４８５總線由于平衡差分傳輸的特性，具有抗干擾能力強，傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現多站遠距離通信，組網方便，成本低廉，因此在工業控制領域得到廣泛應用。
本系統是基于ＲＳ一４８５總線的遠程多路溫度監測、控制系統，上位機是一臺ＰＣ，下位機是多個以ＡＴ９８Ｓ５１為控制器的溫度傳感器。工作時，下位機會向上位機發出本機地址和詢問預置溫度的請求。上位機獲得下位機地址后，就知道那些地址的下位機已啟動并根據請求把相應的預置溫度發給下位機，此后每隔一定時間逐一詢問已啟動的下位機測定的溫度信息，獲得溫度值后存入數據庫并實時顯示當前各路傳感器測定溫度，當溫度過高時，會告警提示。下位機獲得預置溫度后，開始對傳感器的數據采集和溫度測量。當溫度低于預置溫度時，接通加熱器加熱溫度，溫度過高時，接通制冷設備加速降溫，同時把溫度信息傳回上位機，溫度超出范圍后，還會以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數據庫，并實時顯示，系統還具備數據庫管理、溫度變化曲線繪制等功能。當下位機掉電重啟后，會向上位機重新問詢獲得掉電前的預置溫度。溫度監控系統由傳感器電路、信號調整電路、Ａ／Ｄ采樣電路、控制電路、監控主機組成。基本工作原理是：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出，經調整電路變換到ＴＴＬ電平、由Ａ／Ｄ采樣后將數字量送給單片機控制電路，單片機根據開機時上位機傳來的設定溫度判斷作何種控制，如溫度未到設定溫度，經驅動控制繼電器閉合接通加熱器，如溫度過高則接通制冷設備加速降溫。單片機還將所測溫度在數碼管上顯示，并在上位機詢問時把測量溫度送到上位機入庫。系統框圖如下圖１。
系統實現
硬件設計
ＡＴ８９Ｓ５１是ＡＴＭＥＬ公司的可在線編程的單片機，它價格低廉，且支持在系統編程（ＩＳＰ），方便設計者開發調試。溫度傳感器選用ＮＳ公司生產的Ｌ＝ Ｍ３５，它具有很高的工作精度和較好的線性工作范圍，測溫范圍為一５５℃～＋１５０℃，完全適用于一般的測溫場合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比，無需外部校準即可提供１／４℃的測量精度。信號調整電路將傳感器電路輸出的變化范圍為２Ｖ左右的直流電壓，調整為ＴＴＬ電平，以便與Ａ／Ｄ兼容。由于單片機 ＩＯ口有限，在對測溫實時性要求不是太高的情況下，Ａ／Ｄ變換采用８位串行Ａ／Ｄ轉換器ＡＤＣ０８３２，它與單片機的ＩＯ連線只有三根，減少了ＩＯ占用量。四個數碼管的數據端都接到單片機Ｐ１口，控制端由Ｐ２［３．．０］控制，利用定時器中斷觸發，每次只接通一個數碼管，顯示相應數值，利用分時顯示在數碼管上顯示溫度值。當溫度變化時，Ａ／Ｄ采集調整電路輸出電壓值，送單片機，單片機根據采樣值判定溫度，通過數碼管顯示溫度值并回饋上位機。
原理圖如圖２ 所示。
?
軟件設計
下位機軟件設計
下位機的軟件是在Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｍｌ２下，使用Ｃ語言開發的。下位機的軟件設計中，主要解決三個問題：一是ＡＤＣ０８３２的控制位寫入。根據數據手冊，在時鐘上升沿寫入配置字即可，但按此方法始終不能正確讀出數據，后來經過試驗，在寫入配置字的每一位后，還要在負跳變前把數據翻轉，配置字才能正確寫入。二是數碼管上溫度值的顯示。最后采用中斷方案，每隔１０ｍｓ進入中斷程序，循環選通各個數碼管，分時顯示對應的數字值。三是Ａ／Ｄ采樣數據的處理，為避免因干擾而造成Ａ／Ｄ采樣數據不穩定，這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續采樣七次，去掉最高值和最低值，其余五次取平均值來獲得Ａ／Ｄ采樣的數字量。
經測量，０Ｖ對應的溫度為０℃，，５Ｖ時對應的溫度為１ ２５℃，則比例因子Ｋ＝０．０４Ｖ／℃。每個數字量對應的電壓值為２０ｍＶ，則數字量變化與溫度變化比例關系Ｋ１＝２數字量／℃，利用此比例因子就可由數字量得到當前溫度。
上位機軟件設計
本系統為主從式監控系統，主機（即上位機）在向下位機發預置溫度啟動下位機后，輪詢不同地址碼的從機，獲得溫度值，存入數據庫并在主界面顯示。從機接收到主機預置溫度后啟動，每次主機詢問溫度值時回送測量溫度值。如出現掉電后重啟的情況，從機向主機發出重置請求，要求主機重發預置溫度。上位機的通信軟件開發采用Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ５．Ｏ，它的集成ＲＡＤ開發環境可以幫助開發人員快速高效地開發出高質量的程序。在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中對串口進行編程可以使用Ｍｓｃｏｍｍ控件加快開發進度。它是一個ＡｃｔｉｖｅＸ組件，不在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ。安裝中提供，可以在裝有ＶＣ６．０的ＰＣ 上獲得，拷貝到本機上注冊后，在Ｃ＋＋ Ｂ ｕ ｉｌ ｄ ｅ ｒ下，先是在菜單的Ｃｏｍｐｏｔｌｅｎｔ選項中導入ＡｃｔｉｖｅＸ控件，再Ｉｎｓｔａｌｌ Ｐａｃｋａｇｅｓ后就可以在ＡｃｔｉｖｅＸ面板中看到并使用它了。
數據庫采用微軟的ＡＣＣ：ＥＳＳ數據庫，使用ＡＤＯ數據引擎；Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ在ＡＤＯ面板中提供了完備的ＡＤＯ開發控件，實現了通過鼠標操作就能實現連接數據庫、編輯數據內容、顯示數據等一些基本數據庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線便于操作員管理。
總線通信格式設置
上位機和下位機之間的串行通信采用ＲＳ一４８５標準接口，ＰＣ端接一個ＲＳ２３２／ ４８５的轉換器，就實現ＲＳ４８５總線控制了。在通信頻率１２００ｂｐｓ 的情況下，有效通信距離為１．２ｋｍ。由于有多個從設備并聯在４８５總線上，所以要制定嚴格的通信格式，表１是用到的通信協議。
結語
筆者設計了一種基于ＲＳ４８５總線的溫控系統。此系統投資少，架設簡單、可擴展性強，大大減輕管理者的負擔，實現了工業控制自動化。目前在多個場所得到了具體應用，其測溫精度在０．５℃以內，系統工作可靠穩定，無通信故障。
?
引言
ＲＳ一４８５總線由于平衡差分傳輸的特性，具有抗干擾能力強，傳輸距離遠、有較強的級連的能力。能實現多站遠距離通信，組網方便，成本低廉，因此在工業控制領域得到廣泛應用。
本系統是基于ＲＳ一４８５總線的遠程多路溫度監測、控制系統，上位機是一臺ＰＣ，下位機是多個以ＡＴ９８Ｓ５１為控制器的溫度傳感器。工作時，下位機會向上位機發出本機地址和詢問預置溫度的請求。上位機獲得下位機地址后，就知道那些地址的下位機已啟動并根據請求把相應的預置溫度發給下位機，此后每隔一定時間逐一詢問已啟動的下位機測定的溫度信息，獲得溫度值后存入數據庫并實時顯示當前各路傳感器測定溫度，當溫度過高時，會告警提示。下位機獲得預置溫度后，開始對傳感器的數據采集和溫度測量。當溫度低于預置溫度時，接通加熱器加熱溫度，溫度過高時，接通制冷設備加速降溫，同時把溫度信息傳回上位機，溫度超出范圍后，還會以蜂鳴器報警。上位機接收下位機的測量溫度后存入數據庫，并實時顯示，系統還具備數據庫管理、溫度變化曲線繪制等功能。當下位機掉電重啟后，會向上位機重新問詢獲得掉電前的預置溫度。溫度監控系統由傳感器電路、信號調整電路、Ａ／Ｄ采樣電路、控制電路、監控主機組成。基本工作原理是：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出，經調整電路變換到ＴＴＬ電平、由Ａ／Ｄ采樣后將數字量送給單片機控制電路，單片機根據開機時上位機傳來的設定溫度判斷作何種控制，如溫度未到設定溫度，經驅動控制繼電器閉合接通加熱器，如溫度過高則接通制冷設備加速降溫。單片機還將所測溫度在數碼管上顯示，并在上位機詢問時把測量溫度送到上位機入庫。系統框圖如下圖１。
?
系統實現
硬件設計
ＡＴ８９Ｓ５１是ＡＴＭＥＬ公司的可在線編程的單片機，它價格低廉，且支持在系統編程（ＩＳＰ），方便設計者開發調試。溫度傳感器選用ＮＳ公司生產的Ｌ＝ Ｍ３５，它具有很高的工作精度和較好的線性工作范圍，測溫范圍為一５５℃～＋１５０℃，完全適用于一般的測溫場合。其輸出電壓與攝氏溫度線性成正比，無需外部校準即可提供１／４℃的測量精度。信號調整電路將傳感器電路輸出的變化范圍為２Ｖ左右的直流電壓，調整為ＴＴＬ電平，以便與Ａ／Ｄ兼容。由于單片機 ＩＯ口有限，在對測溫實時性要求不是太高的情況下，Ａ／Ｄ變換采用８位串行Ａ／Ｄ轉換器ＡＤＣ０８３２，它與單片機的ＩＯ連線只有三根，減少了ＩＯ占用量。四個數碼管的數據端都接到單片機Ｐ１口，控制端由Ｐ２［３．．０］控制，利用定時器中斷觸發，每次只接通一個數碼管，顯示相應數值，利用分時顯示在數碼管上顯示溫度值。當溫度變化時，Ａ／Ｄ采集調整電路輸出電壓值，送單片機，單片機根據采樣值判定溫度，通過數碼管顯示溫度值并回饋上位機。
原理圖如圖２ 所示。
?
軟件設計
下位機軟件設計
下位機的軟件是在Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｍｌ２下，使用Ｃ語言開發的。下位機的軟件設計中，主要解決三個問題：一是ＡＤＣ０８３２的控制位寫入。根據數據手冊，在時鐘上升沿寫入配置字即可，但按此方法始終不能正確讀出數據，后來經過試驗，在寫入配置字的每一位后，還要在負跳變前把數據翻轉，配置字才能正確寫入。二是數碼管上溫度值的顯示。最后采用中斷方案，每隔１０ｍｓ進入中斷程序，循環選通各個數碼管，分時顯示對應的數字值。三是Ａ／Ｄ采樣數據的處理，為避免因干擾而造成Ａ／Ｄ采樣數據不穩定，這里采用軟件濾波的方法以濾除可能的尖峰干擾。方法是連續采樣七次，去掉最高值和最低值，其余五次取平均值來獲得Ａ／Ｄ采樣的數字量。
經測量，０Ｖ對應的溫度為０℃，，５Ｖ時對應的溫度為１ ２５℃，則比例因子Ｋ＝０．０４Ｖ／℃。每個數字量對應的電壓值為２０ｍＶ，則數字量變化與溫度變化比例關系Ｋ１＝２數字量／℃，利用此比例因子就可由數字量得到當前溫度。
上位機軟件設計
本系統為主從式監控系統，主機（即上位機）在向下位機發預置溫度啟動下位機后，輪詢不同地址碼的從機，獲得溫度值，存入數據庫并在主界面顯示。從機接收到主機預置溫度后啟動，每次主機詢問溫度值時回送測量溫度值。如出現掉電后重啟的情況，從機向主機發出重置請求，要求主機重發預置溫度。上位機的通信軟件開發采用Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ５．Ｏ，它的集成ＲＡＤ開發環境可以幫助開發人員快速高效地開發出高質量的程序。在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中對串口進行編程可以使用Ｍｓｃｏｍｍ控件加快開發進度。它是一個ＡｃｔｉｖｅＸ組件，不在Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ。安裝中提供，可以在裝有ＶＣ６．０的ＰＣ 上獲得，拷貝到本機上注冊后，在Ｃ＋＋ Ｂ ｕ ｉｌ ｄ ｅ ｒ下，先是在菜單的Ｃｏｍｐｏｔｌｅｎｔ選項中導入ＡｃｔｉｖｅＸ控件，再Ｉｎｓｔａｌｌ Ｐａｃｋａｇｅｓ后就可以在ＡｃｔｉｖｅＸ面板中看到并使用它了。
數據庫采用微軟的ＡＣＣ：ＥＳＳ數據庫，使用ＡＤＯ數據引擎；Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ在ＡＤＯ面板中提供了完備的ＡＤＯ開發控件，實現了通過鼠標操作就能實現連接數據庫、編輯數據內容、顯示數據等一些基本數據庫操作功能。程序還可以繪制溫度變化歷史曲線便于操作員管理。
總線通信格式設置
上位機和下位機之間的串行通信采用ＲＳ一４８５標準接口，ＰＣ端接一個ＲＳ２３２／ ４８５的轉換器，就實現ＲＳ４８５總線控制了。在通信頻率１２００ｂｐｓ 的情況下，有效通信距離為１．２ｋｍ。由于有多個從設備并聯在４８５總線上，所以要制定嚴格的通信格式，表１是用到的通信協議。
?
結語
筆者設計了一種基于ＲＳ４８５總線的溫控系統。此系統投資少，架設簡單、可擴展性強，大大減輕管理者的負擔，實現了工業控制自動化。目前在多個場所得到了具體應用，其測溫精度在０．５℃以內，系統工作可靠穩定，無通信故障。
工商網監
評論